第4章硼磷合金鑄鐵缸套的磨損性能IV1緒論1.1缸套-活塞環(huán)摩擦副研究的依據(jù)及意義1.1.1研究背景摩擦指在我們?nèi)粘Ｉ钪泻艹Ｒ姷膬蓚€(gè)相互接觸的表面在外力作用下不能發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)，并且因?yàn)榭朔Σ磷枇Χ跈C(jī)械系統(tǒng)中損失了相當(dāng)一部分能量的一種現(xiàn)象。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在各種其他形式的摩擦中會消耗全球1/3至1/2的能源，而機(jī)械設(shè)施出現(xiàn)故障、部件損壞的重要原因之一就是摩擦引起的磨損將能造成更大的損失。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在機(jī)械系統(tǒng)中，因?yàn)楦鞣N形式的摩擦磨損造成的零部件損壞達(dá)到了80%，而機(jī)械設(shè)備的磨損給工業(yè)經(jīng)濟(jì)體造成了顯著的財(cái)政負(fù)擔(dān)，據(jù)估計(jì)，這種損耗可能導(dǎo)致工業(yè)國家的國民生產(chǎn)總值（GNP）損失介于2%至8%之間。倘若能在工業(yè)生產(chǎn)中有效運(yùn)用摩擦學(xué)原理和技術(shù)，以降低摩擦磨損引起的資源消耗，則不僅可以帶來豐富的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，還能產(chǎn)生廣泛的社會效益REF_Ref16778\r\h[1]。根據(jù)2006年研究數(shù)據(jù)顯示，我國由于摩擦和磨損直接造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)9500億元，2006年，我國工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用摩擦學(xué)原理，理論上可節(jié)約的潛在經(jīng)濟(jì)開支金額高達(dá)3270億元人民幣，這一數(shù)值占到了當(dāng)年我國國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的1.55%，這充分證明了是摩擦學(xué)在工業(yè)應(yīng)用中的重要性和其潛在的巨大經(jīng)濟(jì)效益。因此深入研究摩擦學(xué)對我國具有極其關(guān)鍵的意義。此外，控制摩擦，減少磨損，提高潤滑性能，成為進(jìn)一步節(jié)約能源，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長機(jī)械系統(tǒng)壽命的一項(xiàng)非常關(guān)鍵的措施REF_Ref22225\r\h[2]。鑄鐵缸套就具有較好的耐磨性，可以很好的增加機(jī)械壽命，除此之外還有易加工，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)因此常常運(yùn)用在汽車制造中。研究鑄鐵缸套-CKS環(huán)的摩擦性能可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）摩擦系數(shù)：通過實(shí)驗(yàn)測量鑄鐵缸套-CKS環(huán)的摩擦系數(shù)，可以評估其摩擦性能。可以使用摩擦試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)際工作條件下的摩擦情況。（2）潤滑性能：鑄鐵缸套-CKS環(huán)的潤滑性能對摩擦性能有重要影響。可以通過實(shí)驗(yàn)測量潤滑油在鑄鐵缸套-CKS環(huán)表面的潤滑性能，如潤滑膜厚度、潤滑膜形態(tài)等。（3）材料性能：鑄鐵缸套-CKS環(huán)的材料性能對摩擦性能也有重要影響?？梢酝ㄟ^材料測試，如硬度測試、拉伸試驗(yàn)等，評估鑄鐵缸套-CKS環(huán)的材料性能REF_Ref23868\r\h[3]。本課題選擇使用CKS活塞環(huán)與這種缸套進(jìn)行對磨研究，并研究其摩擦性能，闡明摩擦機(jī)理，通過使用対置往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，選用CKS活塞環(huán)與鑄鐵缸套進(jìn)行摩擦試驗(yàn)，以獲得不同參數(shù)下鑄鐵缸套-CKS環(huán)的摩擦性能影響規(guī)律，了解其摩擦機(jī)理，這對鑄鐵缸套的應(yīng)用具有指導(dǎo)性意義。1.1.2國外有關(guān)本選題研究的動(dòng)態(tài)在國外，針對鑄鐵缸套-CKS環(huán)之間的摩擦性能的研究工作同樣也在積極進(jìn)行中。以下是來自不同地方對鑄鐵缸套與活塞環(huán)之間的摩擦行為研究的最近進(jìn)展：（1）歐洲：歐洲汽車制造商和研究機(jī)構(gòu)一直致力于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率。他們對鑄鐵缸套的摩擦性能進(jìn)行了深入探討，這涵蓋了材料的篩選、表面的加工技術(shù)以及潤滑策略等多個(gè)層面。此外，部分研究還著重考察了鑄鐵缸套與活塞環(huán)接觸過程中的摩擦特點(diǎn)。（2）美國：美國的汽車制造商和研究機(jī)構(gòu)也在鑄鐵缸套的摩擦性能研究鄰域取得了顯著成果。他們運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段和數(shù)值模擬等方法，深入研究了不同材料和潤滑方式對摩擦性能的影響。此外，還有研究專注于鑄鐵缸套的磨損機(jī)理和磨損預(yù)測方法。（3）日本：日本作為汽車制造業(yè)的重要國家，對鑄鐵缸套的摩擦性能研究也非常重視。日本的研究機(jī)構(gòu)和汽車制造商通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬等方法，探索了不同材料和潤滑方式對摩擦性能的影響。合金化是其中一條提高缸套耐磨性十分重要途徑，國外曾研究過影響缸套耐磨性的因素，在鑄鐵中加入合金或非合金元素，在基體組織上產(chǎn)生堅(jiān)硬的化合物質(zhì)點(diǎn)，這樣可以提高其耐磨性，同時(shí)也可以通過采取缸套表面的工藝措施，這就缸套耐磨性和材料金相組織的化學(xué)成分之間的關(guān)系。從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能的目的，并在一定的程度下增加缸套的使用壽命REF_Ref24573\r\h[4]。鑄鐵在汽車生產(chǎn)制造過程中因其耐磨性好、易加工、成本價(jià)格低等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。由于其中的石墨組織和片狀珠光體的存在，灰鑄鐵的抗摩擦力很好，因此在很長一段時(shí)間內(nèi)，灰鑄鐵都是缸套材料中應(yīng)用的最廣泛的一種，因?yàn)樗m用于缸套的工況。為了改善灰鑄鐵氣缸套的組織結(jié)構(gòu)，通常在使用普通灰鑄鐵時(shí)，加入適量的鉬，鎳，釩，硼，鉻，銅，鈦，錫，稀土，磷等金屬元素，以改善其機(jī)械性能和使用性能REF_Ref25488\r\h[5]。當(dāng)將兩種或兩種以上的合金元素加入到一定的灰鑄鐵里面的時(shí)候，就能夠通過冶煉的方式將各種類型的灰鑄鐵合金產(chǎn)生。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)在世界上常見的氣缸套材料有磷系合金灰鑄鐵、硼系合金灰鑄鐵、釩鈦系合金灰鑄鐵等，這些材料的基體組織一般是珠光體和多種硬質(zhì)相，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)200~300Mpa（隨著加入的合金元素不同種類有所變化）。硬度可達(dá)210~310hb。由于厚壁氣缸套的鑄件附近內(nèi)圈的工作表層有磷共晶的聚集，因此高磷系合金灰鑄鐵只在較小的薄壁氣缸套上有較少的應(yīng)用，在降低材料強(qiáng)度的同時(shí)也增加了材料的脆性REF_Ref27169\r\h[6]。硼加入普通鑄鐵形成含硼滲炭體，硼加入高磷鑄鐵產(chǎn)生含硼復(fù)合磷共晶，這些硬化相的顯微硬度比磷共晶高出許多，由此也產(chǎn)生了一種新的耐腐蝕材料，也就是硼磷鑄鐵，同時(shí)也產(chǎn)生了耐磨損的硼鑄鐵，可以大大提高缸套的使用壽命REF_Ref22040\r\h[7]。總的來說，國外對鑄鐵缸套-CKS環(huán)的摩擦性能研究也非?；钴S，研究內(nèi)容涵蓋了材料、表面處理、潤滑方式、磨損機(jī)理等多個(gè)方面。這些研究對于提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能和壽命具有重要意義。1.2內(nèi)燃機(jī)缸套-活塞環(huán)摩擦學(xué)系統(tǒng)1.2.1缸套-活塞環(huán)的工作環(huán)境缸套、活塞和活塞環(huán)組屬于內(nèi)燃機(jī)的非常重要的組成部分，也是工作條件非常艱苦的部位。其中缸套和活塞環(huán)是內(nèi)燃機(jī)里面十分關(guān)鍵的一組配對副。該對摩擦副經(jīng)常在高溫高壓下高速運(yùn)行，受摩擦力和燃?xì)鈮毫Φ鹊淖饔茫咧g的潤滑油膜呈非均勻分布。實(shí)驗(yàn)表明：在活塞推動(dòng)活塞環(huán)運(yùn)動(dòng)的一整個(gè)過程之中，上下止點(diǎn)附近潤滑狀態(tài)十分惡劣，尤其是在上止點(diǎn)附近更為明顯，二者相對滑動(dòng)速度幾乎為零，再加上高溫高壓的復(fù)合作用，潤滑油膜不連續(xù)，其摩擦特性表現(xiàn)為典型的邊界潤滑，而且就在上止點(diǎn)附近，磨損量和摩擦系數(shù)相對于其他位置來說都要大很多，在上下止點(diǎn)之間這段過程中，潤滑油膜相對連續(xù)，大部分以流體動(dòng)壓潤滑為主REF_Ref22713\r\h[8]。除此之外，在內(nèi)燃機(jī)的燃燒室內(nèi)，高溫高壓下產(chǎn)生的很多燃燒產(chǎn)物包括碳（C）、硫（S）的氮化物和氧化物以及有機(jī)酸產(chǎn)物等直接對缸套和活塞環(huán)造成不同程度的化學(xué)腐蝕和磨損，特別是當(dāng)磨損導(dǎo)致材料剝落，這些顆粒隨著潤滑油再次進(jìn)入二者的接觸面時(shí)，會進(jìn)一步加劇磨損的過程。因此，缸套材料需要的硬度要高和良好的耐磨性來減緩磨損速率，同時(shí)儲油性能良好，膨脹系數(shù)小，熱強(qiáng)度高，確保發(fā)動(dòng)機(jī)部件的長期穩(wěn)定運(yùn)行。1.2.2缸套—活塞環(huán)配對副摩擦學(xué)系統(tǒng)研究人們往往會說某材料摩擦系數(shù)高或低。其實(shí)這樣的說法是不太正確的。實(shí)踐證明，耐磨性并非材料的固有屬性，摩擦特性取決于構(gòu)成摩擦系統(tǒng)的許多因素，它具有系統(tǒng)性。人們可將參與某一摩擦過程中的諸要素與機(jī)器的其他構(gòu)件分隔開來，即用一個(gè)想象的框子把這些要素框起來?？騼?nèi)包括有摩擦副雙方、中間物質(zhì)（指潤滑劑一類）和環(huán)境介質(zhì)，這幾部分都是摩擦系統(tǒng)的基本要素。柴油缸套活塞環(huán)是一種十分典型的摩擦學(xué)系統(tǒng)，其中涉及到多種個(gè)摩擦的過程。這個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的元件包括活塞環(huán)、氣缸套、空氣濾清器、潤滑油濾清器、潤滑油和氣流;是一種較高級的摩擦系統(tǒng)，元件的性能主要包括活塞環(huán)和氣缸套的宏觀特性、材料特性（材料和表面特性）以及潤滑油的粘度。這種摩擦學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：1）配對副性：在研究和改進(jìn)氣缸套與活塞環(huán)之間的摩擦特性時(shí)，不能僅關(guān)注單一的氣缸套或活塞環(huán)材料的耐磨性，而因綜合考慮兩者之間的相互作用和配對效果。單純關(guān)注氣缸套或活塞環(huán)的耐磨性而忽略兩者的配對，是該領(lǐng)域內(nèi)常見的誤區(qū)。2）反饋特性：在機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行中，缸套與活塞環(huán)間的磨損不僅產(chǎn)生磨粒，還會改變表面特性。這些變化會反饋至原始的磨損過程，進(jìn)而調(diào)整摩擦和磨損的行為模式。簡而言之，系統(tǒng)的磨損狀態(tài)是動(dòng)態(tài)互動(dòng)的結(jié)果，其中產(chǎn)生的磨粒和表面狀態(tài)的演變共同塑造了磨損的發(fā)展規(guī)律。3）時(shí)變特性：在摩擦過程中，缸套-活塞環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)元素（缸套、活塞環(huán)、潤滑劑等）的性能隨時(shí)間變化的一種重要特性，這些變化不是單一發(fā)生的，而是相互影響，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用和能量轉(zhuǎn)換模式也隨之改變。隨著操作的持續(xù)，這些變化會反饋到系統(tǒng)的每一個(gè)組成部分，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和效率。由于這些結(jié)構(gòu)元素之間的相互作用產(chǎn)生的過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化，系統(tǒng)的性能表現(xiàn)也會隨之波動(dòng)。4）轉(zhuǎn)變特性：缸套和活塞環(huán)的表面并不是完全平滑的，實(shí)際上只有很小一部分微凸體是參與接觸的，在它們的相對運(yùn)動(dòng)過程中，在這些離散的接觸點(diǎn)上產(chǎn)生了表面吸附膜和表面損傷，摩擦過程中的摩擦力取決于運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)要素的性能組合，對于什么樣的磨損型式起主導(dǎo)摩擦作用，而任何參數(shù)或要素之間的變化都會引起主導(dǎo)磨損型式的改變，即從一種磨損型式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N磨損型式REF_Ref31268\r\h[9]。1.2.3缸套活塞環(huán)的摩擦現(xiàn)象在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過程中，由于缸套和活塞環(huán)之間發(fā)生了接觸，他們發(fā)動(dòng)機(jī)的之間產(chǎn)生了摩擦現(xiàn)象。這種摩擦?xí)?dǎo)致能量損失，磨損和熱量的產(chǎn)生，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和壽命。具體過程如下：接觸階段：在活塞作上升或下降的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，活塞環(huán)與缸套首次發(fā)生接觸。由于活塞環(huán)與缸套之間的間隙被設(shè)計(jì)的極為細(xì)小，所以在接觸階段，活塞環(huán)會與缸套表面僅發(fā)生輕微觸碰。

摩擦階段：隨著活塞的持續(xù)運(yùn)動(dòng)，活塞環(huán)與缸套之間的接觸面積逐漸增大，相應(yīng)的摩擦力也逐漸增大。在此過程之中，活塞環(huán)與缸套之間的摩擦作用會產(chǎn)生熱量，并且會消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分能量。潤滑階段：適當(dāng)?shù)臐櫥涂梢詼p少金屬間的直接接觸，潤滑油會在活塞環(huán)和缸套之間形成一層潤滑膜，從而減少摩擦力和磨損速率，但潤滑油膜的建立和維持受多種因素影響。磨損階段：長時(shí)間的摩擦?xí)?dǎo)致活塞環(huán)和缸套的磨損?；钊h(huán)會逐漸失去原有的密封性能，導(dǎo)致燃?xì)庑孤┖蜋C(jī)油進(jìn)入燃燒室，同時(shí)缸套表面也會磨損產(chǎn)生微粒，微粒隨潤滑油流動(dòng)，再次進(jìn)入摩擦面。1.3本課題的研究內(nèi)容和意義隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)朝著更高壓、更高溫、更大輸出功率趨勢發(fā)展，摩擦問題在內(nèi)燃機(jī)性能中占據(jù)了越來越關(guān)鍵的地位。鑒于內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行過程中工作經(jīng)常面臨極端的工作條件，缸套—活塞環(huán)是發(fā)生故障頻發(fā)的關(guān)鍵部位，因此，深入研究缸套—活塞環(huán)摩擦副摩擦學(xué)特性對于提高內(nèi)燃機(jī)的使用壽命，增強(qiáng)其可靠性、以及提升經(jīng)濟(jì)效益具有極其重要的價(jià)值。本文采用往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)裝置，通過研究分析CKS活塞環(huán)和鑄鐵缸套配對副的摩擦規(guī)律，具體研究內(nèi)容如下：（1）摩擦試驗(yàn)通過在對置往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，測量不同溫度載荷下活塞環(huán)與缸套之間的摩擦力，分析鑄鐵缸套和CKS環(huán)配對副的摩擦性能；（2）綜合分析不同參數(shù)下的摩擦系數(shù)和摩擦規(guī)律，研究其摩擦形貌及摩擦機(jī)理。該課題具備顯著的實(shí)用價(jià)值，在當(dāng)前對減排與綠色要求日趨提高的大環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)趨向于更高的爆發(fā)壓力和轉(zhuǎn)速，這無疑增加了缸套與活塞環(huán)摩擦副之間的摩擦負(fù)擔(dān)，包括機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。摩擦問題已經(jīng)成為制約高強(qiáng)化柴油發(fā)動(dòng)機(jī)耐久性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提升的主要障礙，因此深入研究缸套和活塞環(huán)在高強(qiáng)化條件下的摩擦規(guī)律及其背后的機(jī)理顯得尤為迫切。鑄鐵缸套因其良好的耐磨性而受到市場的廣泛青睞，然而，其與活塞環(huán)的摩擦匹配性及相關(guān)規(guī)律尚未得到充分的理解和研究。因此，開展鑄鐵缸套的摩擦性能研究不僅具有理論上的探索價(jià)值，更在實(shí)際應(yīng)用中具有不可估量的重要意義。本文選用了業(yè)界廣泛認(rèn)可的CKS環(huán)（鉻基陶瓷復(fù)合鍍活塞環(huán)）作為與鑄鐵缸套對磨的活塞環(huán)，旨在深入研究其摩擦性能和摩擦規(guī)律。

2實(shí)驗(yàn)裝置及方法2.1對置往復(fù)式摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)本次實(shí)驗(yàn)在對置往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)見圖如圖2.1所示。本試驗(yàn)機(jī)主要分為往復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、摩擦力采集系統(tǒng)5部分。圖2.1置往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的作用是將電機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的直線來回移動(dòng)，這一過程在實(shí)驗(yàn)中扮演關(guān)鍵角色。缸套通過固定在滑塊上，模擬實(shí)驗(yàn)中下試樣的周期性往復(fù)移動(dòng)，上試樣的活塞環(huán)也穩(wěn)固地安裝在同一滑塊上，以此重現(xiàn)缸套和活塞環(huán)在實(shí)際操作中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過利用變頻器對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在5r/min~3000r/min范圍內(nèi)變化，從而滿足不同實(shí)驗(yàn)條件下的轉(zhuǎn)速需求。加載系統(tǒng)通過頂部螺桿對板簧施加預(yù)壓力，使板簧發(fā)生變形并將力傳遞到阻力負(fù)載壓力傳感器，傳感器捕捉到的信號經(jīng)過變送器放大后，壓力值顯示在負(fù)載臺上，壓力傳感器下方設(shè)有自調(diào)壓塊用以補(bǔ)償裝配引起的軸向剪切誤差，自調(diào)節(jié)壓塊下方設(shè)有針輥，其作用是減少活塞環(huán)在自調(diào)壓塊與自調(diào)壓塊之間安裝時(shí)產(chǎn)生的摩擦力，從而提高摩擦力測量的準(zhǔn)確性，通過上述部件可以對活塞環(huán)和氣缸套表面施加一個(gè)穩(wěn)定的正向壓力。加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要用于模擬氣缸內(nèi)的爆缸壓力，通過加強(qiáng)載荷的方法來保證和加速磨損，為了實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)研究缸套-活塞環(huán)摩擦磨損規(guī)律的目的，本試驗(yàn)機(jī)采用板簧作為加載元件，這不僅降低了成本，簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還因?yàn)榘寤蓪δp載荷引起的法向位移的載荷敏感度較低，從而確保了載荷的穩(wěn)定性，并且能夠施加較大的載荷REF_Ref31790\r\h[11]。加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在于精確模擬氣缸內(nèi)燃?xì)鈱Ω滋?活塞環(huán)所產(chǎn)生的熱影響，其核心設(shè)計(jì)理念是實(shí)現(xiàn)快速升溫，均勻的熱量分布、并且在整個(gè)測試過程中維持一個(gè)恒定的溫度環(huán)境。該試驗(yàn)機(jī)的加熱系統(tǒng)由加熱塊和溫度控制表組成。加熱塊采用耐高溫合金材料，其正面設(shè)有一個(gè)凹槽，專門用來放氣缸套試樣。而背面有一個(gè)卡槽，用于插入包裹著鎳鎘電阻絲的云母片用來進(jìn)行加熱，試樣槽中間插入E型熱電偶，用于檢測并記錄溫度變化。在測試缸套—活塞環(huán)摩擦副摩擦磨損時(shí)，潤滑油的作用不容忽視。潤滑油的成分和測試時(shí)的供油量也會在一定程度上影響磨損狀態(tài)和磨損時(shí)間。為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確和可靠，確保24個(gè)試驗(yàn)臺提供相同量的潤滑油，本實(shí)驗(yàn)使用蠕動(dòng)泵提供潤滑油，能夠精確控制潤滑油的流量。蠕動(dòng)泵工作原理如圖2.2所示，該裝置的核心在于利用中心軸的旋轉(zhuǎn)功能，依次傳遞給周邊多個(gè)輔助軸，這些輔助軸軸在接受到旋轉(zhuǎn)功能后，通過其機(jī)械結(jié)構(gòu)對油管施加壓力，從而實(shí)現(xiàn)油液的連續(xù)泵送。整個(gè)系統(tǒng)將單一旋轉(zhuǎn)動(dòng)作轉(zhuǎn)化為多個(gè)輔助周協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了油液的有效泵送，有效降低了摩擦帶來的磨損。圖2.2蠕動(dòng)泵工作原理蠕動(dòng)泵的供油速度主要由其電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，其單位供油量受輔助軸數(shù)量及它們之間的距離決定。這種蠕動(dòng)泵通過調(diào)整電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度來精確控制流體的輸送速率。該系統(tǒng)配備了可變速電機(jī)，能夠在90至1350轉(zhuǎn)每分鐘的范圍內(nèi)工作，并通過一系列減速裝置，包括一個(gè)300:1的齒輪箱和一個(gè)2:1的皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)，來細(xì)致地調(diào)節(jié)最終的供油速率。通過增加到六個(gè)小軸并優(yōu)化它們的間隔，泵的輸出量可以在每分鐘0.45至6.75滴的范圍內(nèi)進(jìn)行無級調(diào)整，相當(dāng)于每分鐘約0.014至0.21毫升。至于摩擦力檢測系統(tǒng)，它利用電傳感器來捕捉試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的摩擦力數(shù)據(jù)。當(dāng)外力作用于壓電材料時(shí)，材料表面會產(chǎn)生電荷，這些電荷經(jīng)過放大和阻抗轉(zhuǎn)換后，會轉(zhuǎn)換成電壓信號，該信號的大小與作用力成比例。這個(gè)信號隨后可以被進(jìn)一步處理和分析，以獲得關(guān)于摩擦性能的詳細(xì)信息，對于改進(jìn)材料性能和優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的作用。摩擦力采集系統(tǒng)是專門用于測試過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄摩擦力變化的設(shè)備，電傳感器能夠感應(yīng)并響應(yīng)摩擦力變化，因此測試儀采用電傳感器來采集摩擦力信號，壓電材料在外力作用下，表面會產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷量和施加的摩擦力成正比，因此可以作為摩擦力大小的直接測量，這就是壓電效應(yīng)的直接體現(xiàn)。由于初始電量通常非常微小，不足以測量，因此電荷要經(jīng)過電荷放電器放大并轉(zhuǎn)換阻抗，將信號轉(zhuǎn)換為兼容格式，外力就會通過電壓輸出，此時(shí)電壓輸出與外力成正比。2.2實(shí)驗(yàn)原料2.2.1缸套試樣試驗(yàn)缸套采用的是一個(gè)特制的直立圓筒缸套，它的內(nèi)徑是110mm，壁厚是8mm，高度是200mm，其外表面經(jīng)過精細(xì)加工，達(dá)到光亮且無凸肩，材質(zhì)為硼磷合金鑄鐵。通過電火花線切割技術(shù)把鑄鐵缸套沿圓周方向平均分成40個(gè)等分段，然后將鑄鐵缸套切割成長度為43mm的等長的小段作為試驗(yàn)試樣，圖2.3顯示了缸套試樣及試樣切割實(shí)驗(yàn)前的示意圖。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，使用用汽油、酒精對試樣進(jìn)行15分鐘的超聲波清洗，以確保試樣的清潔度。試樣示意圖缸套試樣圖2.3試樣切割示意圖及試驗(yàn)前缸套試樣圖2.4是鑄鐵缸套表面珩磨紋理形態(tài)，從圖中可以觀察到細(xì)小珩磨紋均勻地散布在整個(gè)缸套表面，而較為粗大的珩磨紋則在這些細(xì)小紋理之間分布。盡管細(xì)小珩磨紋的分布比較均勻，但粗珩磨紋的分布情況并不理想，特別是在某些區(qū)域，粗珩磨紋顯得相當(dāng)稀疏，當(dāng)使用高倍放大鏡進(jìn)行觀察時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)深珩磨紋邊緣有非常明顯的變形痕跡，這種變形可能是珩磨過程中的壓力和摩擦力作用引起的。在某些深珩磨紋的邊緣，甚至出現(xiàn)了少量片狀剝落現(xiàn)象。圖2.4鑄鐵缸套表面珩磨紋形貌2.2.2活塞環(huán)試樣在本次實(shí)驗(yàn)中，選用CKS活塞環(huán)作為實(shí)驗(yàn)研究對象，活塞環(huán)外徑為110毫米、內(nèi)徑為70毫米，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圓形，在它的外圓面的高度方向是一個(gè)對稱的桶面結(jié)構(gòu)，筒體表面跟實(shí)際使用的開口活塞環(huán)是相同的，活塞環(huán)的軸向高度是3毫米，具體見圖2.5。圖2.6為活塞環(huán)試樣切割示意圖，沿它的圓周方向均勻劃分為20等份。確保實(shí)驗(yàn)過程的一致性和可比性，從而使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確和可靠。圖2.5CKS環(huán)圖2.6活塞環(huán)試樣切割示意圖2.2.3潤滑油的選定潤滑介質(zhì)選自于石材技術(shù)研究所開發(fā)的RP-4652D潤滑油（10W-40），其理化指標(biāo)見表2.1，潤滑油光譜分析結(jié)果如表2.2所示。表2.1RP-4652D潤滑油理化指標(biāo)分析項(xiàng)目質(zhì)量指標(biāo)實(shí)測值試驗(yàn)方法運(yùn)動(dòng)粘度（100℃）/（mm2/s）13.0~16.314.75GB/T265低溫動(dòng)力粘度（-25℃）/（MPa·s）不大于70005480GB/T6538低溫泵送粘度（-30℃）/（MPa·s）在無屈服應(yīng)力時(shí)不大于60000240SH/T0562傾點(diǎn)/℃不高于-30-36GB/T3535閃點(diǎn)（開口）/℃不低于205230GB/T3536水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%不大于痕跡痕跡GB/T260機(jī)械雜質(zhì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%不大于0.01＜0.01GB/T511高溫高剪切黏度（150℃，106s-1）/（MPa·s）不小于2.94.0SH/T0618表2.24652D潤滑油光譜分析結(jié)果元素含量/ppm元素含量/ppm元素含量/ppm元素含量/ppm元素含量/ppmAl2.39Cd0.35Cu0.88Fe3.2Mn0.75Ba0.05P1120Pb2.79Si10.74V0.2K0.82Zn24.68Mo02.3實(shí)驗(yàn)方法當(dāng)前在缸套-活塞環(huán)之間的摩擦性能領(lǐng)域，研究者主要采取模擬計(jì)算和模擬試驗(yàn)兩大方法進(jìn)行研究。模擬計(jì)算方法，也稱為計(jì)算機(jī)模擬或數(shù)值模擬，是一種利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)算法來模擬缸套與活塞環(huán)之間相互作用的技術(shù)，作為一種高效且經(jīng)濟(jì)的研究手段，受到了世界上大量科研工作者的青睞，并被廣泛運(yùn)用于研究氣缸套和活塞環(huán)之間的摩擦特性。這種方法展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。通過使用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，科研工作者可以在不同的工況下，對缸套和活塞環(huán)之間的相互作用進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。但是，考慮到具有正態(tài)高度分布的微凸體接觸后的摩擦力是根據(jù)在特定條件下通過試驗(yàn)獲得的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出的，沒有理論依據(jù)，而且往往與實(shí)際情況有出入，因此很難將建模結(jié)果推廣到這類摩擦劑上，模擬計(jì)算方法既有優(yōu)勢，也有很大的局限性REF_Ref25783\r\h[11]。通過系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)來研究摩擦規(guī)律和機(jī)理，是獲得摩擦設(shè)計(jì)參數(shù)的可靠方法，如微凸體接觸后形成的混合潤滑、邊界潤滑或干摩擦狀態(tài)等摩擦問題，目前尚無公認(rèn)的理論模型。采樣汽缸套及活塞彈簧組件進(jìn)行試樣級模擬測試，但為了確保測試結(jié)果與柴油機(jī)工況下的摩擦狀況一致，應(yīng)采用合理的模擬測試準(zhǔn)則，這是一種有效的研究方法。本試驗(yàn)通過試樣試驗(yàn)方法研究缸套與活塞環(huán)的摩擦特性，這種方法試驗(yàn)參數(shù)易于控制、準(zhǔn)確度高、試驗(yàn)成本低、試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性好和試樣的幾何形狀簡單等優(yōu)點(diǎn)，是目前被廣泛接受的用于檢驗(yàn)氣缸套和活塞環(huán)摩擦性能的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)的總時(shí)長設(shè)定為24小時(shí)，其中3小時(shí)為磨合時(shí)間，21小時(shí)為磨損時(shí)間。磨合期間的載荷為10兆帕，溫度與磨損試驗(yàn)相同，試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘，供油量為2滴/分鐘（約0.0625毫升）。全交叉試驗(yàn)在三種溫度和六種載荷下進(jìn)行，每組試驗(yàn)進(jìn)行四次，具體試驗(yàn)參數(shù)見表2.3。表2.3摩擦試驗(yàn)方案試驗(yàn)溫度/℃試驗(yàn)載荷/MPa配對副120150180204060鑄鐵-CKS在進(jìn)行鑄鐵缸套的摩擦性能測試時(shí)，實(shí)驗(yàn)條件控制在150攝氏度、每分鐘200轉(zhuǎn)速下，載荷在20MPa和60MPa下，為了評估不同載荷下缸套的摩擦性能，進(jìn)行了兩次不同持續(xù)時(shí)間的對比實(shí)驗(yàn)，一次為5h，另一次為13h，其中首個(gè)小時(shí)為磨合階段，其余時(shí)間用于實(shí)際磨損測試，磨損時(shí)間分別是4h、12h。為了確保缸套和活塞環(huán)試驗(yàn)的有效性和數(shù)據(jù)的可靠性，試樣準(zhǔn)備過程和安裝過程一定要嚴(yán)格按照既定的操作規(guī)程執(zhí)行。包括確保缸套和活塞環(huán)之間的接觸面平整、清潔，以及在安裝過程中保證各部件的正確對位和緊固。通過這些操作，使得試驗(yàn)結(jié)果具有高度的一致性和可重復(fù)性。試驗(yàn)嚴(yán)格按照下列步驟進(jìn)行：a.在安裝缸套試樣的過程中，首先確保缸套試樣處在一個(gè)無約束的自由狀態(tài)；避免后續(xù)的測試中由于安裝不當(dāng)而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性；將活塞環(huán)試樣安裝到位，并確保它和缸套試樣的接觸面緊密貼合，以便模擬實(shí)際工作中的摩擦情況；b.啟動(dòng)油泵，使得潤滑系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)；c.增加低負(fù)荷，低速運(yùn)行，調(diào)整至合適的觸點(diǎn)狀態(tài)；d.確保套缸試樣和活塞環(huán)試樣保持接觸，并將其固定，從而保持穩(wěn)定的測試；e.著手進(jìn)行加熱過程；f.溫度逐漸平穩(wěn)之后，增加載荷直至磨合載荷，啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)并開始計(jì)時(shí)；與此同時(shí)存儲和監(jiān)控所收集到的摩擦力數(shù)據(jù)，并進(jìn)行監(jiān)測；g.完成磨合時(shí)間后，將載荷調(diào)整至預(yù)定的目標(biāo)水平，繼續(xù)進(jìn)行磨損試驗(yàn)；h.到達(dá)試驗(yàn)時(shí)間后，立即停止數(shù)據(jù)記錄，并關(guān)閉試驗(yàn)設(shè)備；i．關(guān)閉油泵，結(jié)束潤滑系統(tǒng)的運(yùn)行。在試驗(yàn)完成之后，小心地將試樣從實(shí)驗(yàn)裝置取出，并且用柔軟的布料輕輕擦掉試樣表面附著的潤滑油漬，隨后使用刻字筆在試樣的非工作面標(biāo)記上次試驗(yàn)的具體參數(shù)，以便后續(xù)識別和記錄。標(biāo)記完成后，將試劑浸入由汽油、酒精、丙酮混合而形成的溶液中，利用超聲波清洗器對其進(jìn)行深度清潔，以去除所有污漬。清洗完畢之后，將試樣放置一旁等待進(jìn)一步檢測與分析。3.鑄鐵缸套-CKS環(huán)配對副的摩擦性能3.1摩擦系數(shù)3.1.1不同溫度下的摩擦系數(shù)圖3.1，圖3.2以及圖3.3分別為200r/min，20MPa，40MPa和60MPa載荷下鑄鐵缸套-CKS活塞環(huán)配對副的摩擦系數(shù)隨溫度變化的曲線圖，通過細(xì)致分析摩擦系數(shù)圖，可以清晰地看到，溫度變化對鑄鐵缸套-CKS活塞環(huán)配對副的摩擦系數(shù)影響是相對有限，并且在同一載荷的不同溫度下，隨著溫度的不斷升高，其摩擦系數(shù)呈現(xiàn)出輕微的下降趨勢，但這種變化并不顯著，隨著溫度的升高摩擦系數(shù)的變化變得更加明顯。在20MPa的特定載荷下，摩擦系數(shù)隨溫度的變化更是微弱，幾乎可以忽略不計(jì)。載荷為40MPa時(shí)，溫度從120℃增到150℃時(shí)，摩擦系數(shù)幾乎沒有變化，但從150℃時(shí)，摩擦系數(shù)出現(xiàn)大幅度地降低。載荷為60MPa時(shí)，溫度從150℃增到180℃時(shí)，摩擦系數(shù)大幅降低。所以，雖然溫度對鑄鐵缸套與CKS環(huán)配對副的摩擦系數(shù)有一定影響，但這種影響在不同載荷條件下表現(xiàn)出不同的敏感度。在載荷較低時(shí)，溫度對摩擦系數(shù)的影響較小，載荷較大時(shí)，溫度對摩擦系數(shù)也會有一定影響。圖3.120MPa載荷下摩擦圖圖3.240MPa下摩擦圖圖3.360MPa下摩擦圖潤滑劑油膜的形成和保持是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，它受到多個(gè)因素的影響，包括機(jī)器的運(yùn)行條件，潤滑劑的性質(zhì)，接觸表面的特性等。油膜在摩擦界面和潤滑界面的分布直接決定了潤滑效果的優(yōu)劣，因?yàn)闈櫥瑒┯湍ず穸劝l(fā)生改變，摩擦系數(shù)也隨之發(fā)生相應(yīng)的改變。溫度是影響潤滑劑性能的關(guān)鍵因素之一，隨著溫度的升高，潤滑濟(jì)的粘度通常會降低，這可能影響油膜的穩(wěn)定性和厚度。同時(shí)，高溫還會增加接觸表面的化學(xué)活性，促進(jìn)潤滑劑和表面之間的化學(xué)反應(yīng)，從而在表面形成剪切強(qiáng)度較低的化學(xué)反應(yīng)膜，可以有效降低摩擦系數(shù)，改善潤滑效果。3.1.2不同載荷下的摩擦系數(shù)圖3.4-3.6分別為200r/min，120℃，150℃，180℃下鑄鐵缸套-CKS活塞環(huán)配對副的摩擦系數(shù)隨載荷變化曲線圖。觀察圖示數(shù)據(jù)，摩擦系數(shù)在一系列不同載荷條件下鑄鐵缸套-CKS環(huán)配對副的摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢，隨著施加的載荷逐漸升高，鑄鐵缸套-CKS配對副摩擦系數(shù)開始出現(xiàn)變化，在溫度為120℃的條件下，當(dāng)載荷為0上升至60MPa的過程中，鑄鐵缸套-CKS活塞環(huán)配對副的摩擦系數(shù)逐漸減小并在載荷為60MPa時(shí)達(dá)到最小值0.12，如圖3.4所示。溫度為150℃時(shí)，當(dāng)載荷為0至60MPa時(shí)，鑄鐵缸套-CKS活塞環(huán)配對副的摩擦系數(shù)持續(xù)減小。當(dāng)載荷超過60MPa時(shí)，其摩擦系數(shù)逐漸增大，其中當(dāng)載荷壓力達(dá)到60MPa時(shí)摩擦系數(shù)達(dá)到最小值為0.119，具體情況如圖3.5所示。溫度為180℃時(shí)，鑄鐵缸套-CKS活塞環(huán)配對副摩擦系數(shù)也隨著載荷的變化先減小后增大至載荷到60MPa時(shí)達(dá)到最小值0.121，不同的是，當(dāng)載荷從60MPa繼續(xù)上升時(shí)，摩擦系數(shù)增大的幅度明顯減小了，具體如圖3.6所示。圖3.4120°C下摩擦系數(shù)圖圖3.5150°C下摩擦系數(shù)圖圖3.6180°C下摩擦系數(shù)圖摩擦系數(shù)的降低可能是由于潤滑油添加劑與鐵基表面的摩擦化學(xué)作用，在摩擦表面生成了具有潤滑特性的化合物。隨著載荷的升高，有助于低剪切力反應(yīng)膜的大面積生成。由于添加劑與摩擦表面的反應(yīng)膜是隨時(shí)生成并消耗的，載荷增大可以促進(jìn)反應(yīng)膜生成（80MPa以內(nèi)），而載荷增大伴隨摩擦剪切力增大，即摩擦表面反應(yīng)膜被剪切力移除的增多，因此當(dāng)載荷到一定程度時(shí)，摩擦系數(shù)上升。3.2鑄鐵缸套-CKS環(huán)表面摩擦形貌分析圖3.7顯示了在150℃下、鑄鐵缸套與CKS環(huán)在不同載荷下配對時(shí)，鑄鐵缸套的表面形貌。可以觀察到，隨著載荷的增加，鑄鐵缸套的表面狀況發(fā)生了明顯的變化。在20MPa時(shí)，缸套表面已經(jīng)產(chǎn)生了沿滑動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)的磨損痕跡，珩磨紋仍雖然可以清晰地觀察到，但表面出現(xiàn)了凹坑，高倍顯微鏡下看到基體脫落，而在載荷100MPa時(shí)，磨損情況進(jìn)一步加深，表現(xiàn)為更深層次的表面損傷，缸套表面上的細(xì)小珩磨紋已經(jīng)不可見，但深珩磨紋還存在，此外顆粒的松動(dòng)更加明顯，高壓力破壞了材料的微觀結(jié)構(gòu)和塑性變形，進(jìn)一步凸顯了了高壓力對缸套材料完整性的影響。a)20MPab)80MPa圖3.7缸套表面形貌（SEM）圖3.8顯示了CKS環(huán)在150℃溫度下，不同載荷下的表面形貌SEM照片?；钊h(huán)的表面形貌圖如圖所示，從圖中可以看出，在壓力為20MPa時(shí)，可觀察到活塞環(huán)表面的出現(xiàn)了凹坑，這些凹坑可能是由于局部的應(yīng)力集中或材料疲勞造成的，但沿滑動(dòng)方向的劃痕不明顯；在壓力為80MPa時(shí)，活塞環(huán)表面凹坑數(shù)量減小，大部分區(qū)域已經(jīng)變得相對平滑，這是由于在較高壓力下，材料的塑性變形更為顯著，有助于填補(bǔ)表面的凹坑，從而減少表面的粗糙度。沿滑動(dòng)方向的劃痕較多，說明高壓下，滑動(dòng)摩擦對活塞環(huán)表面造成的損傷更為嚴(yán)重。a)20MPab)80MPa圖3.8CKS活塞環(huán)摩擦表面（SEM）根據(jù)上述結(jié)果，隨著載荷的增加，缸套表面的珩磨紋逐漸減少，沿滑動(dòng)方向的劃痕增加，塑性臺階增加，臺階邊緣出現(xiàn)碾壓開裂現(xiàn)象，塑性臺階逐漸增大。3.3鑄鐵缸套-CKS環(huán)摩擦機(jī)理如圖3.1-圖3.4可見，隨著載荷的增大，所有摩擦系數(shù)都呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，摩擦系數(shù)減小的原因可能是潤滑油添加劑與鐵基表面化學(xué)成分在摩擦表面形成了具有潤滑作用的化合物。隨著載荷的增加，有助于低剪切力反應(yīng)膜的廣泛形成。由于添加劑和摩擦表面之間的反應(yīng)膜是隨時(shí)生成并消耗的，因此載荷的增大會促進(jìn)反應(yīng)膜生成（最高可達(dá)80MPa），而載荷增大伴隨著摩擦剪切力的增大，即摩擦表面上增加的反應(yīng)膜被剪切力去除的增多，因此當(dāng)載荷達(dá)到一定程度時(shí)，摩擦系數(shù)增加。盡管溫度對摩擦系數(shù)的影響在某些情況下并不明顯，但在特定的溫度區(qū)間內(nèi)，摩擦系數(shù)的變化趨勢卻表現(xiàn)出了差異性，當(dāng)溫度從120℃升至150℃時(shí)，摩擦系數(shù)出現(xiàn)了急劇下降，這一現(xiàn)象可能是溫度升高導(dǎo)致的潤滑劑粘度降低有關(guān)，減少了金屬間的直接接觸，但當(dāng)溫度從150℃上升至180℃時(shí)，摩擦系數(shù)幾乎沒有什么變化。這可能是在這一溫度區(qū)間內(nèi)，潤滑劑的性能達(dá)到了某種平衡。此外，還要考慮到載荷對摩擦系數(shù)的影響，當(dāng)載荷較小時(shí)，接觸壓力較低，溫度對摩擦系數(shù)的影響較小，而當(dāng)載荷較大時(shí)，溫度的變化對摩擦系數(shù)的影響就會變得更顯著。圖3.9顯示了為鑄鐵缸套與CKS活塞環(huán)配對時(shí)，鑄鐵缸套表面形貌及成分圖，圖3.10為CKS活塞環(huán)表面形貌及成分圖，鑄鐵-CKS配對副是邊界化學(xué)反應(yīng)膜是一種生成-消耗的動(dòng)態(tài)平衡膜，可以看出在活塞環(huán)和缸套表面都發(fā)現(xiàn)了Zn、S、P、Ca等潤滑油添加劑成分。圖3.9CKS活塞環(huán)表面形貌及成分圖3.10CKS活塞環(huán)表面形貌及成分當(dāng)溫度升高時(shí)，材料表面的化學(xué)活性增強(qiáng)，這促使更多的化學(xué)反應(yīng)膜在表面生成，這些化學(xué)反應(yīng)膜使剪切強(qiáng)度降低，能夠有效的減小兩個(gè)接觸表面之間的摩擦系數(shù)。增加的載荷會導(dǎo)致微凸體之間的接觸面積增大，從而增加了它們之間因粘著作用而發(fā)生的撕裂現(xiàn)象，這種撕裂作用會產(chǎn)生更高的閃蒸溫度，這些升高的閃蒸溫度有助于化學(xué)反應(yīng)膜的形成，減少微凸體之間的直接接觸，從而進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)。但是，這種邊界化學(xué)反應(yīng)膜是是一種動(dòng)態(tài)平衡的生成-消耗膜，當(dāng)載荷超過某一閾值時(shí)，摩擦剪切力的增加會加速膜的破壞，最終導(dǎo)致摩擦系數(shù)上升。因?yàn)镃KS活塞環(huán)是一種密度相比之下比較大，硬度較高的活塞環(huán)，當(dāng)CKS活塞環(huán)同鑄鐵缸套配對時(shí)，鑄鐵缸套的摩擦機(jī)理是微凸體在受外力作用下發(fā)生不可逆形狀改變后，接觸區(qū)域的材料因疲勞而逐步破裂并產(chǎn)生碎片，最終從基體脫離。鑄鐵-CKS配對副摩擦機(jī)理：在接觸的早期階段，塑性變形首先在發(fā)生在接觸部分，隨著接觸的持續(xù)和應(yīng)力的周期性作用，這個(gè)區(qū)域逐漸變?yōu)榉€(wěn)定的接觸狀態(tài)，在這過程中，接觸面的微小凸起在高壓下發(fā)生不可逆的形狀改變后，在接觸應(yīng)力的作用下與形成的接觸表面發(fā)生脫離，導(dǎo)致材料的局部損失，進(jìn)而影響機(jī)械部件的運(yùn)行性能和壽命。PAGEPAGE3結(jié)論在研究配對副的摩擦特性時(shí)，載荷和溫度時(shí)兩個(gè)關(guān)鍵的影響因素。本文針對鑄鐵缸套與CKS活塞環(huán)配對副，通過采用對置往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，設(shè)計(jì)摩擦試驗(yàn)，研究了鑄鐵缸套和CKS活塞環(huán)配對副在不同溫度和不同載荷下的摩擦性能。得到以下結(jié)論：（1）當(dāng)載荷開始增加時(shí)，配對副之間的接觸面積也隨之增大，這導(dǎo)致摩擦系數(shù)下降，隨著載荷的進(jìn)一步增加，接觸區(qū)域開始發(fā)生塑性變形，這會引起表面的粗糙度增加，從而導(dǎo)致摩擦系數(shù)上升，在達(dá)到一定載荷后，接觸區(qū)域的材料充分適應(yīng)了施加的載荷，進(jìn)一步的塑性變形減少，摩擦系數(shù)達(dá)到了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡最終趨于穩(wěn)定；隨著溫度的升高，潤滑油的粘度降低，這有助于配對副之間形成更厚的潤滑油膜，從而減小摩擦，降低摩擦系數(shù)。（2）在同一溫度下，鑄鐵缸套和CKS活塞環(huán)發(fā)生摩擦后，載荷較低時(shí)，CKS活塞環(huán)摩擦表面凹坑較為明顯,有基體滑落痕跡，隨著載荷的升高，缸套摩擦表面細(xì)小珩磨紋逐漸消失，顆粒脫落更加嚴(yán)重，一定載荷后趨于穩(wěn)定。（3）鑄鐵-CKS配對副氣缸套摩擦?xí)r，首先在接觸區(qū)域上發(fā)生不可逆的形狀改變，隨著載荷的持續(xù)作用，逐漸發(fā)展至一個(gè)穩(wěn)定的接觸狀態(tài)，在這一過程中，表面的微凸體通過擠壓發(fā)生不可逆的形狀改變，增加了實(shí)際接觸面積。在反復(fù)的接觸應(yīng)力作用下形最終導(dǎo)致接觸面產(chǎn)生疲勞剝離，這種磨損現(xiàn)象會增加摩擦系數(shù)。PAGEPAGE3參考文獻(xiàn)邢鵬飛.低速滑動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中渦卷吸引子的動(dòng)力學(xué)行為及應(yīng)用研究[D].大連海事大學(xué),2023.李曉亮.基于遺傳算法的機(jī)器人激光熔覆工藝參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化[J].石河子科技,2024,(01):23-25.李金娜.二硫化錫納米片的制備及其作為潤滑油添加劑摩擦學(xué)性能的研究[D].青島理工大