超高强钢板热成形界面粉末润滑特性分析及磨损行为研究

摘要

随着汽车轻量化的发展需求，热冲压成形工艺所需的超高强钢板得到大量的应用。热成形下红热板料与模具之间的润滑问题非常重要，传统的油脂润滑剂不能实现有效润滑，而固体粉末润滑剂对高温成形摩擦界面的润滑具有良好的适应性。本文基于三个高温实验分别研究高温界面固体粉末润滑机理、粉末润滑下热作模具钢的磨损行为和直接热冲压成形界面粉末润滑特性，以期待理解热成形界面的粉末润滑工作机制及其对热作模具钢磨损的影响。
　　首先设计了基于粉末润滑的标准高温摩擦试验，通过改变载荷、滑动速度和润滑方式，观察摩擦系数、表面微观形貌及界面轮廓曲线，分析热成形界面的粉末润滑特性。结果如下:固体粉末润滑剂基本可实现良好润滑，并一定程度上抑制金属表面的氧化问题，润滑层的平整度与润滑效果无直接关系;低载和高载通过不同作用机制影响边界润滑层形成，摩擦系数的稳定性随载荷和速度的增大而减弱;多层润滑摩擦系数一致性弱于单层润滑摩擦系数，固体粉末润滑剂物性及粘结强度对高温润滑有较大影响。
　　其次开展了基于粉末润滑的热作模具钢高温摩擦磨损试验，结合摩擦系数、磨损后表面微观形貌及磨痕轮廓曲线深入研究粉末润滑对热作模具钢磨损行为的影响。结果如下:基于粉末润滑的磨损行为包括三个阶段，润滑膜完整、逐渐破坏、完全损坏阶段，边界润滑层具有时变性;载荷越大，边界润滑层越快破坏，转速过大不利于边界润滑层稳定性;在磨损界面一直存在局部润滑膜形成-破裂的动态循环和磨屑生成-剥落动态循环机制;短时间内，粉末润滑条件下模具钢基本不磨损，表面形成塑性堆积层保护模具。
　　最后将粉末润滑尝试应用于工业热冲压试验之中，通过对不同的金属板料进行不同润滑方式的冲压，研究粉末润滑在实际热成形领域的适用性。结果如下:干摩擦条件下容易产生表面缺陷;粉末润滑可有效提高表面质量，六方氮化硼润滑效果优于石墨润滑;模具的加载使粉末润滑层发生滑移，利于提高工件质量。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 粉末润滑研究现状

1．2．1 粉末润滑的试验研究

1．2．2 粉末润滑的理论及数值模拟

1．3 热成形暴面摩擦与润滑研究现状

1．4 热作模具钢磨损研究现状

1．5 课题来源

1．6 本文研究内容及意义

第二章 热成形界面粉末润滑特性试验研究

2．1 引言

2．2 试验部分

2．2．1 试验与分析设备

2．2．2 试验材料

2．2．3 试验方案

2．2．4 试验步骤及注意事项

2．3 载荷对粉末润滑特性的影响

2．3．1 载荷对摩擦系数的影响

2．3．2 载荷对表面润滑膜的影响

2．4 速度对粉末润滑特性的影响

2．4．1 速度对摩擦系数的影响

2．4．2 速度对表面润滑膜的影响

2．5 润滑方式对粉末润滑特性的影响

2．5．1 润滑方式对摩擦系数的影响

2．5．2 润滑方式对表面润滑膜的影响

2．6 本章小结

第三章 基于粉末润滑下热作模具钢的摩擦磨损行为研究

3．1 引言

3．2 试验部分

3．2．1 试验设备与分析设备

3．2．2 试验材料

3．2．3 试验方案

3．2．4 试验步骤及注意事项

3．3 载荷对热作模具钢摩擦磨损行为的影响

3．3．1 载荷对摩擦系数的影响

3．3．2 载荷对模具钢磨损的影响

3．3．3 载荷对模具表面微观形貌的影响

3．4 转速对热作模具钢摩擦磨损行为的影响

3．4．1 转速对摩擦系数的影响

3．4．2 转速对模具钢磨损的影响

3．4．3 转速对模具表面微观形貌的影响

3．5 润滑方式对热作模具钢摩擦磨损行为的影响

3．5．1 润滑方式对摩擦系数的影响

3．5．2 润滑方式对模具钢磨损的影响

3．5．3 润滑方式对模具表面微观形貌的影响

3．6 温度对热作模具钢摩擦磨损行为的影响

3．6．1 温度对摩擦系数的影响

3．6．2 温度对模具磨损的影响

3．6．3 温度对模具表面微观形貌的影响

3．7 本章小结

第四章 基于粉末润滑下热冲压成形试验研究

4．1 引言

4．2 试验部分

4．2．1 试验设备

4．2．2 试验材料

4．2．3 试验方案

4．2．4 试验步骤及注意事项

4．3 固体润滑剂对高强钢热冲压成形的影响

4．3．1 润滑层宏观表面分析

4．3．2 润滑层微观表面分析

4．3．3 金属表面三维形貌分析

4．4 固体润滑剂对钛合金热冲压成形的影响

4．4．1 润滑层宏观表面分析

4．4．2 润滑层微观表面分析

4．4．3 金属表面三维形貌分析

4．5 本章总结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况