TC4合金在不同表面强化状态下的微动磨损性能研究

摘要

目的研究喷丸(SP)及表面超声滚压(USRP)强化后摩擦系数、残余应力场及塑性应变场对TC4合金微动磨损性能的影响。方法分别对TC4合金表面进行SP及USRP强化处理,通过试验测得强化前后的表面粗糙度、残余应力以及显微硬度。基于改进的Archard磨损方程,在ABAQUS有限元软件中建立微动磨损的二维柱面/平面接触模型,借助ABAQUS中的子程序SIGINI和HARDINI分别将残余应力场、塑性应变场引入到表征微动磨损的UMESHMOTION子程序中,从而探究表面强化后摩擦系数、残余应力场以及塑性应变场对平面微动磨损性能的影响。结果原试样经SP强化后,表面粗糙度增加,而经USRP强化后,表面粗糙度得以改善。经SP和USRP强化后,试样的显微硬度分别为原试样的1.28倍和1.23倍。TC4合金经USRP处理后,最大残余应力为–550 MPa,而SP处理后为–380 MPa。引入残余应力场后,试样的磨损深度明显减少,相比原试样,USRP、SP试样的磨损深度分别降低15%、10%。引入塑性应变场后,TC4合金的磨损深度降低了约6%。结论相同载荷条件下,摩擦系数越大,磨损越严重。磨损轮廓会随着摩擦系数的增大而逐渐往外侧偏移,接触中心区域的磨损深度也随着摩擦系数的增大而越来越深。塑性形变行为会随着摩擦系数的增加而变得明显,且最终会使得塑性变形的区域变得越来越大。引入残余应力场和塑性应变场后,磨损量均会减小,残余应力的影响更为显著。通过微动疲劳试验发现,加入微动磨损作用后,试样寿命显著降低,USRP试样的抗磨损性能最显著。