316不锈钢管摩擦磨损性能研讨
以316不锈钢管为研讨对象，采用火花直读光谱仪检测316不锈钢管的根本成分，应用高温真空硬度计对316不锈钢管不同温度下的维氏硬度停止测试与剖析，采用金相显微镜对316不锈钢管的组织构造停止剖析。分别以GCr15钢、440C钢、316不锈钢管、不锈钢管球为摩擦副，与316不锈钢管圆盘在万能摩擦磨损实验机上停止球盘摩擦实验。结果标明：干摩擦条件下，316不锈钢管的外表耐磨性能优于不锈钢管，弱于GCr15钢与440C钢。316不锈钢管与GCr15钢的高温摩擦实验标明：316不锈钢管的耐磨性能随摩擦温度的升高逐步降低。温度的升高招致316钢组织变软，致使加剧试样与摩擦副之间的黏附黏着，招致严重磨损。
不锈钢管有着良好的耐腐蚀性能，优良的加工性能，在多个范畴得到了普遍的应用。奥氏体不锈钢管是不锈钢管中运用量和消费量最大的一种钢材，以其优良的耐腐蚀性能和加工成型性能成为现代工业中重要的工程资料之一。奥氏体不锈钢管是面心立方构造，无磁性，它的含铬量在17％～25％之间，含镍量在8％～25％之间。它在室温下的组织为奥氏体，有着良好的塑性以及焊接性。由于其不但具备优秀的耐腐蚀性能，而且有着良好的力学性能和加工性能，从而在机械设备范畴取得了普遍的应用。
316不锈钢管是典型的奥氏体不锈钢管之一，其具有良好的韧性、塑性及耐腐蚀性能，被普遍应用于石油化工、航海、能源开发等范畴。与普通碳钢相比，它具有优良的金属光泽，较强的化学稳定性，非常出色的塑性和强度。而且它的力学性能无论在高温还是低温中都十分稳定。目前的研讨中，大多关注对316不锈钢管的力学性能，关于316钢之间的摩擦效应的研讨却没有得到足够注重。摩擦招致大量机械能的损耗，磨损又是摩擦行为的一种必然结果，这必然惹起宏大的资源糜费。由于中国处于工业现代化的高速进程中，关于能源、工业资料的需求逐年上升。据统计，国度能源30％以上是由于摩擦耗费，同时磨损在制造行业形成的资料损耗数量也相当大，因而资料摩擦磨损性能的研讨是当今一个具有严重社会经济效益的问题。
本文作者以316不锈钢管为研讨对象，研讨了316不锈钢管的化学成分组成、高温维氏硬度、金相组织构造，并探求了常温下不同摩擦副的摩擦性能以及高温下的摩擦磨损性能。对316不锈钢管与不同摩擦副耐磨性停止的研讨，为316不锈钢管在摩擦情况时摩擦副的选择及适用条件提供了一定的自创。
１ 实验局部
1.1 实验资料及制备
实验资料：316不锈钢管与GCr15钢、440C钢和不锈钢管小球直径为6mm。运用Foundry-MasterPro立式直读光谱仪测得实验用316不锈钢管的主要化学成分如表1所示。
依据实验机请求加工室温摩擦磨损试样，图纸如图1所示。此外，高温维氏硬度试样为ϕ30×4mm，高温往复摩擦磨损试样ϕ12×3mm。
1.2 实验办法
（1）高温维氏硬度实验。用HVT-1000W高温真空硬度计测试316不锈钢管在室温（23℃）、100、200、300和400℃下真空（真空度2×10-5Pa）环境中的维氏硬度。实验载荷98N，保压时间30s。
（2）室温摩擦磨损实验。经过MMW-1A万能摩擦磨损实验机停止不锈钢管的摩擦实验，实验机原理如图2所示。在室温条件下，设定实验载荷、实验时间，采用不同硬度的钢球（GCr15钢、440C钢、316钢、钢）对磨316不锈钢管球盘，由摩擦实验机实时读取摩擦过程中的摩擦因数，经过探针式磨痕丈量仪丈量摩擦前后球盘的磨损量，经过三维形貌仪察看316球盘磨损后的形貌。设定实验参数如下：实验温度为室温；摩擦速度100r／min；实验载荷20N；实验时间5min。
（3）高温摩擦磨损实验。采用MGG-02高温往复摩擦磨损实验机对316不锈钢管圆盘的高温摩擦性能停止测试。实验安装如图3所示。经过实验机实时读取摩擦过程中的摩擦因数。摩擦实验完毕后，运用显微镜察看摩擦试样的磨痕形貌。设定实验参数如下：实验载荷20N，冲程2mm，频率20Hz，实验时间5min，实验温度分别为室温（23℃）、100、200、300和400℃。
２ 结果与讨论
2.1 高温硬度剖析
图4为316不锈钢管在不同温度下（23，100，200，300，400℃）的硬度试样在光学显微镜下的图片，其压痕长度分别为297.417，308.197，321.790，330.572，353.859mm。将压痕长度值代入维氏硬度计算公式计算相应温度下的维氏硬度。维氏硬度的计算公式如下：HV＝0.102×FS＝0.102×2Fsinα／2d2其中：F为负荷（N）；S为压痕面积（mm2）；α为压头相对面夹角136°；d为均匀压痕对角线长度（mm）。
表2为316不锈钢管在不同温度下的维氏硬度值，能够看出，随温度的不时升高，316钢的硬度值逐步降低。当温度由室温升至200℃时硬度降落速率较快；当温度由200℃升至400℃时硬度的降落速率变缓。整体来看，316不锈钢管在升温过程中硬度值逐步减小，标明316不锈钢管随温度的升高其构造组织逐步变软。
2.2 金相组织剖析
为了对316不锈钢管的基体组织停止剖析，采用金相显微镜对其停止组织察看。图5为经过金相实验察看到的316L不锈钢管的组织形貌。图中黑色局部晶界较直，呈多规则多边形，为奥氏体成分。白色局部呈块状，晶界比拟世故，为铁素体成分，加强奥氏体不锈钢管的抗裂和耐晶间腐蚀才能。因而，316不锈钢管试样的基体组织由奥氏体组成，并含有一定含量的铁素体。
2.3 常温摩擦磨损
2.3.1 摩擦因数
图6为钢球-316钢试样盘、GCr15钢球-316钢试样盘、440C钢球-316钢试样盘、316钢-316钢试样盘4种不同摩擦副在相同条件下与试样盘互相对磨得到的摩擦因数随时间的变化曲线。从图中能够看出，相同的条件下摩擦副316钢球-316钢试样盘的摩擦因数明显大于其他3种资料的摩擦因数。这是由于同种钢资料，硬度相同，更容易产生黏着磨损，阐明了316钢在该状况下黏着磨损严重。此外，GCr15钢球-316钢试样盘与440C钢球-316钢试样盘的摩擦因数随摩擦时间的增长而不时增大，呈现出相似的增长趋向。钢球-316钢试样盘的摩擦因数大小随摩擦时间的增长而变化不大，阐明钢球-316钢试样盘摩擦副呈现出良好的稳定性。经过计算可知，摩擦副钢球-316钢试样盘、GCr15钢球-316钢试样盘、440C钢球-316钢试样盘、316钢-316钢试样盘的摩擦因数均匀值分别为0.4606、0.2773、0.3463、0.6088。因而能够阐明GCr15钢与其他资料相比，其减磨性能最好。其次是440C钢、钢，而316钢与316钢之间易发作黏着磨损，其减磨性能最差。
2.3.2 三维形貌
图7为GCr15钢球-316钢试样盘、钢球-316钢试样盘、440C钢球-316钢试样盘、316钢球-316钢试样盘4种不同摩擦副在相同条件下对磨后，应用三维形貌仪扫描316试样盘后得到的磨痕平面图。由图能够看出，GCr15钢球-316钢试样盘磨损水平最小，440C钢球-316钢试样盘摩擦副磨损水平次之，而316钢球-316钢试样盘的磨损水平最严重。因而，阐明了在以316钢为根本摩擦副状况下，GCr15钢球的耐磨性能强于440C、和316钢球。经过软件计算得知，4种摩擦副下316试样的磨痕均匀高度分别为35.061，47.551，42.332，51.291μm，这与摩擦副的磨损形貌和磨损水平结果相吻合。
2.3.3 磨损量
表3为GCr15钢球-316钢试样盘、钢球-316钢试样盘、440C钢球-316钢试样盘、316钢球-316钢试样盘4种不同摩擦副在相同条件下对磨后，应用探针式磨痕丈量仪测试316试样的磨痕及磨损量结果。从图中能够看出GCr15钢球的磨痕宽度、磨痕深度及磨损量均最小，所以GCr15钢球-316钢试样盘对磨时的减磨性能最好，而摩擦副440C及钢下的316试样的磨痕宽度、磨痕深度及磨损量大于摩擦副316钢球，进而316钢球的减磨性能最差。因而在这4种摩擦副中GCr15钢-316钢试样的减磨性能最好，而316钢-316钢试样盘的减磨性能最差。
2.4 高温摩擦磨损
2.4.1 摩擦因数因摩擦副GCr15-316钢试样盘在常温摩擦条件下表现的良好摩擦性能，选用GCr15为对磨资料，对316钢试样盘停止高温条件下的摩擦性能探求。图8为摩擦副GCr15钢球-316钢试样盘在不同温度下（23、100、200、300、400℃）停止对磨，其摩擦因数随摩擦时间的变化曲线。
从图中能够看出，摩擦因数的大小随对磨温度的升高总体呈现出增大的趋向，这是由于温度的升高招致钢的构造组织变软所致。室温条件下，摩擦因数随摩擦时间的增大而增大，这是由于随摩擦的不时停止，钢磨屑的呈现增大了试样外表的粗糙水平，招致障碍摩擦的力增大，进而摩擦因数增大。而在摩擦副的对磨温度大于100℃时，随摩擦时间的增长摩擦因数呈现出逐步减小的趋向，这是由于温度升高，钢磨屑组织变软并在摩擦外表构成一种自光滑薄膜，致使摩擦因数的不时减小并趋于均衡。综上所述，316不锈钢管的高温耐磨性较差，适用于温度较低的，普通低于200℃高温摩擦工作场所。
2.4.2 磨痕
经过光学显微镜对高温摩擦后的