磁化后钢铁的接触表面性能改变(

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1、外文资料译文磁化后钢铁的接触表面性能改变摘要直流磁场的影响下，研究了在滑动接触时磁化了的钢表面的的机械性能 的改变。在每次试验过程中，一恒定磁场作用于钢销上，在常温下，当载荷、 滑动速度和磁场强度不同时分别进行试验。试验结果表明，在常温下，作用 一磁场可以减少摩擦系数、磨损率的波动和滑动表面硬度的增加。位错密度 增加了磁化后滑动接触界面的镀膜。为了证明在滑动接触下的位错，提出了 一个简单的模型。通过观察和分析钢的表面，结果可以被解释。用光学显微镜观察表明： 当在磁场作用后，滑动表面覆盖着一层稀疏的黑色颗粒。磁场促进钢表面的 氧化。关键词：摩擦系数，磨损，磁效应，钢1. 引言磁场可以引起铁磁钢材

2、表面的机械性能和摩擦磨损性能改变。有几项研究探 讨了磁场对材料摩擦学性能的影响。当刀具被磁化，许多摩擦学参数如磨损、滑 动接触噪声、滑动面颜色、表面硬度和振动发生改变。观察到的试验现象没有进 行详细的讨论，并且在某些情况下，一些相互矛盾的信息被提出。有些报告指出， 磁化能增加磨损率；然而另一些认为磁场降低了表面能，因而降低了磨损率。在本研究中，我们提出了在Xc48钢对Xc48钢的摩擦磨损试验结果和机械表面 特性。我们解释和讨论了磁场的变化对滑动接触表面机械性能如硬度的影响。但 更重要的是了解内在磁场变化对滑动接触表面机械特性和其他现象如在氧化环境 下的氧化的影响。我们讨论这一点一方面是由变化的

3、磁场作用后断层表面的硬度和脆性的结夕卜文翻译译文 果；另一方面考虑表面氧化的增强。2. 试验步骤摩擦磨损试验在室温下，当销一圆盘结构受到垂直其摩擦面的磁场下进行（图1）。我荷图1试验装置圆盘的直径为50mm，销的直径为5mm。每次试验前圆盘和销都用超细金刚砂 纸（1200级）擦拭，然后用酒精清洗。用微型天平称试验前后销和圆盘的重量， 得出它们的磨损量。试验时间为10分钟1小时。磁场通过环绕在销上的直流线圈来产生，通过04.5x104A/m磁通量来改变磁 场强度。每次试验磁场作用在滑动接触表面上，并且大小保持不变，滑动速度为 01.5m/s,载荷为010N。销和圆盘材料为0.48%碳的铁磁钢。通

4、过光学显微镜分析 销表面和圆盘表面的磨损微粒。3. 结果与讨论3.1实验设备和试样的制备图2为摩擦系数与时间的关系图。当无磁场（H=0）时，摩擦系数存在明显的 波动；当受一个磁场（H=1.8x104A/m）作用，这些波动减小。伽EE泌Mu图2在P=5.8N, v=0.67m/s时摩擦系数随时间的变化关系(a)无磁场条件下(b)磁场条件下。图3磁场强度对销和圆盘磨损量的影响3.2磁场对磨损的影响我们研究分析了磁场对销一圆盘磨损机制的影响。图3为磨损率与磁场强度的 关系图。从图看出磨损率随磁场强度H的增加而降低。磨损量的变化过程可以分为 两部分：当小于临界值(Hc=2.0x103A/m)时，磨损量

5、W对磁场的影响非常明显； 当大于Hc时，磨损并无明显下降。载荷和滑动速度对磁化后滑动接触的磨损率的关系见图4、图5。试验结果显 示，随着磁场的增加并且载荷和滑动速度同时增加对磨损率的影响。在某个载荷 （图4）和滑动速度（图5），磁场影响下的磨损率并不与磁场强度成正比关系。当小于临界值Hc，随H的增加而增加；当大于Hc，随H的增加影响是恒定的。这一 临界值并不在很大程度上依靠载荷或滑动速度（图4和图5）。图5摩擦速度对圆盘磨损率的影响3.3分析滑动表面通过光学显微镜分析圆盘在P=6N，v=1.34m/s,t=30min下，当存在磁场和不存 在磁场时的摩擦面。可见，当H=0时，摩擦面较少氧化；反之

6、，当H=4.5x104A/m 时，摩擦面被更多的氧化，而且看上去表面是黑色的。它被认为是布满了许多细 磨粒的黑色氧化物。3.4磁场对表面粗糙度的影响在每次摩擦试验后，我们控制的另一个重要参数为表面粗糙度Ra。在1024点 室温干燥的情况下，当载荷为P=8N，滑动速度v=1.0m/s,滑动距离L=1200m时，我 们在存在、不存在磁场下进行试验并测量粗糙度Ra,试验结果见表1。我们观察销 和圆盘发现，在有磁场时它们的摩擦表面比无磁场时粗糙。表1在有与无磁场条件下摩擦前后销和圆盘的表面粗糙度H=0摩擦前H=0摩擦后H=45000A/m摩擦前H=45000A/m摩擦后销的表面粗糙度0.10220.6

7、3820.10120.2433盘的表面粗糙度0.14571.82650.14570.40023.5磁场对静止和滑动情况下钢氧化的影响在动态滑动接触时，磨损颗粒造成磨损能达到很高的温度，这是无法控制的。 而且受塑性变形的作用，使在磁场状况下的氧化过程很难被理解。为了澄清这一 点，我们在可控制的温度条件下，在磁场作用下研究粒子的氧化。图6 实验炉 （1）永磁H=5x104A/m； （2）永磁H2=3x104A/m； （3）, （4）和（5）为粒子标 本；（6）温度控制。三个钢标本分别被放在实验炉（100C，150C和200C ）中（图6）。在6小时 后，准确的测得标本大量的变化，这是表明了氧化程度

8、的一个迹象：叫=叫-叫式中：m0为在t时间后的质量，m1为原始质量。0244顷图7在磁场条件下，当温度丁=200。氧化的增加量在图7中表示了磨损质量Am。的改变，可以看出当大规模增加磁场比无磁场时 的Am。要大些，在磁场中加速了氧化过程。在高温、强磁场下，粒子的颜色从银灰色变为褐色，最后为黑色。如果铁的氧化过程遵循抛物线规律(因为他被限制扩散通过增加的氧化层)， 每单位面积氧化的质量A m为：Am=Kpti/2其中t为试验时间，Kp为抛物线常数，Kp=A exp-Qp/RTA为Arrhenius常数，Qp为氧化的活化能，R为气体常数，T为绝对温度。质量为1.0g的钢总表面积大约为285cm2，

9、因此A m=AmJ285 (mg cm-2)。Kp 的大小用Arrhenius方程计算。在磁场中ln(Kp)与1/丁是成线性关系的，如图8。它表明了氧化过程遵循Arrhenius方程。在图8中的线是用最小二乘法得出的。Qp=(InA-In(Am2/t)RT因此氧化活化能Qp可以通过图7计算出，从曲线的斜率看出，Qp随磁场强度 的增加而减小。我们从这项研究中发现，外加磁场能够减小钢的氧化动力学活化能，从而增 加氧化。图8 In(Kp )与1/T的关系3.6滑动表面的硬度在表2中，我们提出了在当有磁场和无磁场时销的滑动表面的Vickers硬度。测 量条件为外加载荷为8N，滑动速度为0.67m/s。

10、试验时间为1小时，钢的滑动表面的 Vickers硬度用 Hv=HvHv0计算。其中Hv0为在t=0时的硬度(Hv0= 3639N/mm2), Hv为经过60分钟滑动后的硬 度。显而易见，表面(它的厚度不控制)的硬度随在滑动时的磁场强度和外加载 荷而增加。表2 在有磁场和无磁场时销表面的硬度(v=0.67m/s, P=8 N)H=0H=4.5x104Vm316241223.7磁场对滑动表面硬度的影响主要研究了磁场对应力的依赖性，也就是说从能源与应力和磁化方向在某一 领域的联系。磁力或半磁力由于自旋一轨道耦合而与磁场有关。应用领域或机械领域的界 线发生变动，这次变动允许某些领域确定对它们本身有利而

11、到另一领域，并一牺牲另一些。磁场领域的产生和物质的域界线错运动的制止。位错的缺点从大量材料到其表面都有。当外加磁场在滑动接触错集的接触变形体，附近的缺口将得到 加强，从而进一步增大了缺口。在以前的模式下，我们发现有外加磁场和无外加 磁场时与错位的密度和速度的关系：p0=p0（1+v0t/r）2pH=p0（1+vHt/r）2其中p0为在无磁场无接触时的初始错位密度；p0、pH分别为当无外加磁场与有 外加磁场是在滑动接触区域的错位密度；v。、vH分别为当无外加磁场与有外加磁场 时的位错速度；t为滑动时间，r为模型无限小面积的半径。Muju的位错模型表明在室温下，当H=20000A/m时o-铁的计算，因此pHp。在磁场下，错位扩散将增加，从而改变金属的硬度，这将导致表面性质的改 变。4.结论本文提出的试验结果是一直流磁场对铁次钢材的机械性能和钢一钢摩擦副的摩擦学性能。应用一垂直于滑动接触表面的直流磁场将导致以下现象：（1）在静态及滑动状态下钢粒子的氧化加速；严厉一轻度磨损加快转变；滑 动接触表面布满黑色细颗粒。（2）增加了材料的错位运动，这就增加了滑动表面的缺陷密度，从而形成边 界运动。这种缺陷增加了表面硬度。（3）当外加磁场时的摩擦系数是非常稳定的。在磁场作用下的滑动接触的接 触表面形成了硬镀膜钝化，这种涂层可减少滑动磨损。