转动微动磨损条件下7075铝合金的局部疲劳行为研究

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微动损伤主要包括疲劳裂纹扩展和表面磨损两种破坏机制。微动引起的裂纹萌生与扩展是导致构件服役寿命降低 的主要原 因，其危害性往往超过材料磨损 。目前国内外针对微动开展 的绝大多数研究主要集 中于切 向模式 。而影 响微动损伤 的因素很多 ，其中不同微动模式下导致的局部疲劳行为的差异尚不明确 。转动微动是指在交变载荷作用下 ，接触副发生微幅转动的相对运动，它不同于扭动或 滚 动 ，其 回转 轴 平 行 于 接触 表 面且 固定 不动 。转动微动现象广泛存在于航空航天 、轨道交通、人工植入器械等领域 ，如常见 的螺栓与连接板、铆接件、轴承与支座、轭轴等配合面处的损伤，很大程度上都是转动微动所致↑年来，作者所在课题组针对转动微动的表面损伤行为和磨损机制开展 了大量研究 ，但国内外对转动微动导致的局部疲劳裂纹萌生和扩展行为的相关研究尚未见报道。

7075铝合金具有密度孝比强度高 、加工性能和耐腐蚀性好等优点，广泛应用于航空航天、轨道交收稿日期：2012-04.28；修订日期 ：2013-01-06基金项 目：国家 自然科学基 金 (51025519)；教育部创 新研究团队项 目(IRT1178)；中央高 校基 本 科研 业 务 费专 项 资金(SWJTU12ZT01)作者简介 ：沈 明学 (1982- )，男 ，博士 ，讲 师 ，主 要从 事微 动摩擦学方面的相关研究，(E-mail)shenmingxue###126.tom。

尤其在飞机制造业 中占有非常重要的地位 ，其合金用量 占飞 机结 构 材料 的 比重 较 大 。本工 作 以7075铝合金与 GCrl5钢球配副为研究对象(选择该对磨副主要是 为了在 7075铝合金-方 凸显损伤现象)，重点考察 了7075铝合金在不 同转动角位移幅值条件下转动微动磨损诱导的局部疲劳损伤行为，并比较了转动与切向微动磨损的局部疲劳行为的异同。

1 实验材料与方法本研究采用球/平面接触方式 ，7075铝 合金为平面试样 ，试样尺寸为 10ram×10mm×20ram，硬度为 HV 60， 502MPa，经研磨抛光至表面粗糙度Ra-0.04txm；对偶件 为 b40mm的 GCrl5钢球 (硬度为 HV 870，Ra 0.3 m)。

实验参数如下：转动角速率 030.2。/s；转动角位移幅值 00.25～2。，法向载荷F 50N；循环次数N10～ 10 次；空气环境，温度为(20±3)℃，相对湿度(50±5)%。实验后 ，用环氧树脂镶嵌试样后打磨做剖面分析，并用光学显微镜 (OM)和 Quanta200型扫描电子显微镜 (SEM)观察 磨 痕 的表 面 和剖面 形貌 ；用50 航 空 材 料 学 报 第 33卷[12]ZHOU Z R，NAKAZAWA K，ZHU M H，et a1.Progress 1068-1073in fretting maps[J].Tribology International，2006，39：Local Fatigue Behavior of 7075 Alloy underCondition of Rotational Fretting W earSHEN Ming-xue。

，ZHOU Yan ， SONG Chuan ， MO Ji.1iang ， CAI Zhen-bing ， ZHU Min-hao。

(1.Engineering Research Center of Process Equipment and Its Remanufacture(Ministry of Education)，Zhejiang University of Tech-nology，Hangzhou 3 1 0032，China；2.Tribology Research Institute，Traction Power State Key Laboratory，Southwest Jiaotong Universi-ty，Chengdu 610031，China)Abstract：Rotational fretting wear tests of 7075 aluminum aloy against 52100 steel ball under the diferent angular displacement ampli-tudes were carried out on a new rotational freting wear testing rig.The initiation and propagation behavior of local fatigue cracks in-duced by rotational freting wear were studied based on the micro-analysis of surface and profile morphologies of wear scars.The resultsshow that the fatigue cracks distribute mainly in the mixed freting regime(MFR)under the condition of rotational freting wear，andmost of them propagate into the matrix aloy.In the MFR，the material failure mechanism mainly was as a result of fatigue crack initia-tion and propagation accompanied with particles detachment by delamination.In the partial slip regime(PSR)，the fatigue crack ex-panded paralel to the direction of the surface and the freting damages were mainly slight delamination.In the slip regime(SR)，thefatigue effect weakened and the wear of material was dominant during the competition process between the local contact fatigue andwear.In additional，the formation of local fatigue crack was closely related to the central convexity under the rotational fretting wear。

Key words：friction and wear；rotational freting；fatigue crack；7075 aluminum alloy