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Origin and evolution of false brinelling and fretting corrosion under rolling conditions

Friction 2024年第4期12卷 618-631页

作者： Xin JIA Lu HUANG Miao SUN Wenbin LI National Institute of Metrology Beijing 100029China Yantai Tiancheng Machinery Co. Ltd.Yantai 264006China

Rolling bearings working in oscillating applications often suffer from false brinelling and fretting corrosion that limit their service *** present,the study of oscillation-induced failures is primarily dominated by a large number of sliding and bench ***,most of the previous work are not able to fully describe the two closely related but different failure *** this study,the origin and evolution of the two failures are thoroughly investigated under strictly controlled oscillating rolling *** results show that failure evolves from false brinelling to fretting corrosion under dry friction conditions regardless of the oscillation *** process is accompanied by a large area peeling and serious oxidation,and the oxygen content increases from 2.50 wt%to 21.22 wt%.Oxidation is a crucial factor in the evolution of false brinelling into fretting ***,the distribution of microwear and oxygen content depend on the oscillation *** lubrication conditions,the friction coefficient(COF)is smaller in the initial stage and led to local slip or transient instability of rolling ***,the size of the wear marks and COF increased and appeared to be larger than those under a dry friction ***,grease can separate the contact surfaces,only surface deformation owing to false brinelling and slight damage at the roughness level *** evolution of false brinelling and fretting corrosion is also closely related to residual *** brinelling often occurrs with residual stress accomulation,meanwhile,the residual stress increases from 120 to 300 *** peeling occurs,residual stress is *** failure pattern transformed from false brinelling to fretting corrosion and is accompanied by *** far,none of investigation is able to show satisfactory evolution of oscillating-induced failures,this study may contribute to more scientific understanding of rolling bearings against long-

关键词： oscillating false brinelling fretting corrosion wear residual stress

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Surface Oxidation and Subsurface Microstructure Evolution of Alloy 690TT Induced by Partial Slip fretting corrosion in High-Temperature Pure Water

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2021年第4期34卷 543-554页

作者： Long Xin Yongming Han Ligong Ling Yonghao Lu Tetsuo Shoji National Center for Materials Service Safety University of Science and Technology BeijingBeijing100083China Nuclear and Radiation Safety Center Beijing102401China Frontier Research Initiative New Industry Creation Hatchery CenterTohoku University6-6-10Aramaki AobaAoba-kuSendai980-8579Japan

The surface oxidation and subsurface microstructure evolution of Alloy 690 TT can occur during partial slip fretting corrosion in high-temperature pure *** characterization methods such as laser scanning confocal microscopy,scanning electron microscopy,electron probe micro-analyzer,and transmission electron microscopy were used to reveal the related *** results showed that Cr_(2)O_(3) oxides together with a small number of spinel oxides were formed in sticking region since a small quantity of high-temperature water could pass through the gaps between the asperities to oxidize the *** distribution of oxides in microslip region consisted of(Ni,Fe)Cr_(2)O_(4),because Ni^(2+)and Fe^(2+) ions could react with Cr_(2)O_(3) to generate a small amount of non-stoichiometric spinel *** oxides around micropitting in microslip region consisted of double-layer *** outermost layer contained(Fe,Cr)-rich oxides due to the effect of fretting leading to mechanical mixing between Cr_(2)O_(3) and(Ni,Fe)(Fe,Cr)_(2)O_(4).The inner layer consisted of(Fe,Ni)-rich oxides owing to the consumption of Cr_(2)O_(3) by the reaction with Ni^(2+)and Fe^(2+) *** reciprocating motion of oxide particles in microslip region resulted in the stress-strain supporting the recrystallization for the formation and development of a tribologically transformed structure in subsurface and plowing effect by fretting in surface.

关键词： fretting corrosion Oxidation Partial slip Alloy 690TT Microstructure High-temperature water

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Effects of Temperature on fretting corrosion Between Alloy 690TT and 405 Stainless Steelin Pure Water

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2019年第12期32卷 1437-1448页

作者： Xing-Chen Liu Hong-Liang Ming Zhi-Ming Zhang Jian-Qiu Wang Li-Chen Tang Hao Qian Yong-Cheng Xie En-Hou Han CAS Key Laboratory of Nuclear Materials and Safety Assessment Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China School of Materials Science and Engineering University of Science and Technology of ChinaShenyang 110016China Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Ltd.Co. Shanghai 200233China

In pressurized water reactor,fretting corrosion has become the main reason for the failure of 690TT heat exchanger *** effect of temperature on the fretting corrosion behavior between 690TT tube and 405 stainless steel(SS)bar has been studied during 106 fretting *** overall average coefficient of friction(COF)values descends with an increase in test temperature,while the width of worn scar becomes *** severest fretting corrosion happens when the test temperature is at 100℃.The wear mechanism differs at different test temperatures,from adhesive wear at room temperature to abrasive wear and delamination at 100℃,to abrasive wear at 200℃.Deformation slips,high residual strain concentration,and micro-cracks are found which are disadvantageous for the further service performance of the tubes.

关键词： Alloy 690TT 405 SS fretting corrosion Temperature

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Improving the fretting biocorrosion of Ti6Al4V alloy bone screw by decorating structure optimised TiO2 nanotubes layer

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Journal of Materials Science & Technology 2020年第14期47卷 47-55页

作者： Jiajun Luo Maryam Tamaddon Changyou Yan Shuanhong Ma Xiaolong Wang Feng Zhou Chaozong Liu Institute of Orthopaedic&Musculoskeletal Science Division of Surgery&Interventional ScienceUniversity College LondonRoyal National Orthopaedic HospitalStanmoreHA74LPUnited Kingdom State Key Laboratory of Solid Lubrication Lanzhou Institute of Chemical PhysicsChinese Academy of SciencesLanzhou730000China

TiO2 nanotubes(NT)has been demonstrated its potential in orthopaedic applications due to its enhanced surface wettability and ***,the fretting biocorrosion is the main concern that limited its successfully application in orthopaedic *** this study,a structure optimised thin TiO2 nanotube(SONT)layer was successfully created on Ti6Al4V bone screw,and its fretting corrosion performance was investigated and compared to the pristine Ti6Al4V bone screws and NT decorated screw in a bone-screw fretting simulation *** results have shown that the debonding TiO2 nanotube from the bone screw reduced significantly,as a result of structure *** SONT layer also exhibited enhanced bio-corrosion resistance compared pristine bone screw and conventionally NT modified bone *** is postulated that interfacial layer between TiO2 nanotube and Ti6Al4V substrate,generated during structure optimisation process,enhanced bonding of TiO2 nanotube layer to the Ti6Al4V bone screws that leading to the improvement in fretting corrosion *** results highlighted the potential SONT in orthopaedic application as bone fracture fixation devices.

关键词： Bone implant interface Bone screws Biomedical materials TiO2 nanotubes fretting corrosion

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基于信号分析的引擎振动对连接器微动磨损的研究

基于信号分析的引擎振动对连接器微动磨损的研究

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作者：邢亚珊昆明理工大学

学位级别：硕士

电连接器是电气系统中重要的元器件之一,其结构多样,种类繁多。在各行业工程系统中,电连接器都是不可或缺的。汽车上使用了成千上万种型号的连接器。每一个连接器,每一个连接点的可靠性都关系到整个汽车系统的使用安全。特别是汽车系统... 详细信息

电连接器是电气系统中重要的元器件之一,其结构多样,种类繁多。在各行业工程系统中,电连接器都是不可或缺的。汽车上使用了成千上万种型号的连接器。每一个连接器,每一个连接点的可靠性都关系到整个汽车系统的使用安全。特别是汽车系统内部环境复杂,电连接器易受到外界环境和工作条件的影响。其中,微动磨损是汽车电连接器比较常见导致失效的原因。长期地处于微动磨损状态会导致电连接器接触性能逐渐退化甚至功能失效。为了确定电连接器微动磨损导致性能退化的机理和影响因素,已有许多学者对改良与优选电接触材料等方面进行了分析与实验研究。研究发现,影响电连接器微动磨损特性的主要因素包括微动幅值、微动频率、正压力、温度和湿度等。然而大部分的研究只是以某一因素为变量,通过改变其大小来研究连接器的磨损机理,并未考虑连接器的实际工况。而且大部分的实验X都需在破坏连接器原结构的情况下才可获得连接器磨损情况。因此,研究连接器在实际工况下的磨损机理,找到一种简易有效地信号分析方法来预测连接器的磨损情况具有重要的意义。本文以燃油泵连接器为研究对象,研究适合的信号分析方法来预测连接器在汽车引擎运行的过程中连接点的磨损情况。由于引擎运行过程中有许多的因素都会造成连接器的磨损,本文只针对引擎运行过程中产生的振动来进行研究与分析。本文提出的信号分析过程是根据引擎振动实验采集到的连接器左右两端的加速度数据,采用阶比跟踪方法画出三维瀑布图并进行分析。从该图中计算出连接点之间最大的相对位移值,并找到所对应的主频率。该最大相对位移就是连接点磨损的最大磨损距离。接着,通过微动实验来证明该信号分析方法的有效性。根据获得的主频率和相对位移做20小时的微动实验。在显微镜下观察经过20小时微动实验的研究对象,并测量磨损距离。比较实际磨损距离与计算的最大相对位移值,进而分析所提出的信号分析方法是否可靠。另外,研究微动实验数据中,相对位移与主频率的变化情况,以探究连接器的磨损变化。最后,在软件COMSOL中建立连接器接触模型并分析其磨损情况,从而验证信号处理方法与实验结果的有效性。本论文具体的实验,数据分析与仿真如下:1引擎振动测试与数据分析1.1引擎振动测试的实验设置将引擎及周围的连接器与汽车分离出来,放在振动台上进行实验。在保证引擎和连接器的基本工作条件的同时通过振动来模拟汽车行驶过程中的引擎的振动情况。引擎转速保证在负载情况下从960 rpm上升至5998 rpm,在空载情况下由5998 rpm降至960 rpm。燃油泵连接器左右两端安装两个可以同时测量三个方向加速度的加速度传感器。由于加速度传感器的安装条件,加速度传感器所测量的每个连接器端子的加速度方向都不同的。我们将该方向称为局部坐标系。为了保证接下来的数据分析下的准确,我们将引擎坐标系作为了全局坐标系。引擎坐标系通常以曲轴的轴线方向为x轴。y轴为同时垂直与曲轴和活塞轴线的方向。z轴即为活塞轴线的方向。1.2引擎振动测试的数据分析根据已经获得的燃油泵连接器两端的加速度数据,将数据分为两个部分。一个部分是负载下的加速度数据,另一部为空载下的加速度数据。这样做的目的在于后续分析出的主频率和转速可以清楚地确定该数据是处于空载还是负载情况。在软件DEWESoft下将每个方向的加速度数据两次积分得到位移值。通过阶比跟踪的方法画出三维瀑布图,并计算出连接器两端的相对位移值。根据三维瀑布图找出最大的相对位移和此时所对应的主频率和转速,。基于上述的数据分析过程,各方向的相对位移,所对应的主频率和转速总结于表1:2引擎x方向下的微动实验2.1引擎x方向微动实验的实验设置该实验的目的是为了验证所提出的信号处理方法在引擎x方向下是否能够有效地预测连接器的磨损情况。该实验的设置首先将固定装置与单方向的振动台连接。此连接将视为刚性连接,固定装置与振动台的微小移动误差将忽略。接着,将燃油泵连接器和固定装置刚性连接。此时的安装情況与安装到引擎的位置和角度保持一致。加速度传感器分别安装在连接器的两端和螺栓头处。具体的实验步骤如下:1)通过500 Hz到1500 Hz正弦扫频信号寻找该结构的最大相对位移和此时所对应的共振频率。2)在此共振频率下,进行20小时的微动实验。3)将燃油泵连接器取出,在显微镜下观察连接点表面的磨损情况,测量磨损距离。4)将信号处理方法所得到的最大相对位移与实际磨损距离相对比,进而验证该信号处理方法的有效性。2.2实验结果分析根据图1可知,在1010 Hz频率下燃油泵连接器的最大相对位移为9.854 μm。将燃油泵连接器两端拆开,并在显微镜下观察磨损情况。图2显示了燃油泵连接器中插针1与所对应的插针的磨损情况。根据测量磨损距离,我们可以得到连接器实际磨损距离为10 μm。这与所提出的信号分析方法所计算的最大相对位移基本一致,进而证明了该信号分析方法的有效性

关键词： Electrical connector Engine vibration fretting corrosion FEM

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