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Baushinger’s Effect in Wear of Materials

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ORIGINALPAPERBauschinger’sEffectinWearofMaterialsC.Y.Tang•D.Y.Li•G.W.Wen

Received:13March2010/Accepted:3December2010/Publishedonline:16December2010ÓSpringerScience+BusinessMedia,LLC2010

AbstractTheresponseofCu–40%Znalloytoweardur-ingunidirectionalandbidirectionalabrasionprocesseswasinvestigated.Itwasobservedthatthemasslossofthealloydecreasedasthenumberoftimesofchangingtheslidingdirectionwasincreased.Correspondingtothisdecreaseinmassloss,hardnessofthewornsurfaceincreasedinitiallyandthendecreased.Crackinginthesurfacelayerwasanalyzedtogetaninsightintothemechanisminvolved.ResultsofthestudysuggestthatBaushinger’seffectplayedarolewhentheslidingdirectionwasalternated.

KeywordsWearÁBauschinger’seffectÁSlidingdirectionÁCu–Znalloy

Materialsusedinmechanicalsystemswithdynamiccon-tactsaregenerallyrequiredtopossesshighresistancetowear.Whilecuttingandmachiningthematerialsaredesiredtobeasefficientlyaspossible.Itisnoticedthatwearofametalisinfluencedbythewearingpath.Thisraisesaquestion:howlargeisthedifferenceinwearbetweenunidirectionalabrasionandbidirectionalabrasion(back-and-forth)?Orinotherwords,doesunidirectionalabrasionremovematerialmoreeffectivelyorlesseffec-tivelythanbidirectionalabrasion?Ifamarkeddifferenceexists,onemaymachinematerialsbyunidirectionalorbidirectionalabrasionorgrindingwithlessenergy

consumption.Withthisknowledge,onemayalsomaxi-mizetheperformanceofawear-resistantmaterialbycontrollingthewearingpathforaspecificapplication.However,theinformationonthistribologicalissueisverylimited.Ithasbeenknownthatthestrain-hardeningofametalisinfluencedbytheloadingpath.Forinstance,afterplasti-callypre-strainedundercompression,ametalmayshowdecreasedyieldstrengthwhentestedintension.ThissofteningisknownasBauschinger’seffect[1–3],whichhasbeenstudiedbymanyinvestigators[2–8]andexplainedwithtwomechanisms:(1)reversedmovementofdislocationsand(2)generationofdislocationswithoppo-sitesignsastheappliedstressisreversed.Thesedecreasetherateofdislocationaccumulationandcauseannihilationofdislocationwithoppositesigns,respectively.ItisexpectedthatBaushinger’seffectplaysaroleintribolog-icalprocesses.ThisletterreportsapreliminarystudyonthewearbehaviorofaCu–40%ZnalloyasasamplematerialduringunidirectionalandbidirectionalabrasionprocesseswiththeaimofdeterminingwhetherornotBaushinger’seffectcouldinfluencewearofthealloy.Samplesforweartestingwithdimensionsof76925910mmwerepolishedusing320#sandpapersandthenetchedwithaHCl?FeCl3solution.Thewearbehaviorof

thesampleswasevaluatedusinganASTMG65tester[9].Insteadoftherubberwheel,asteel-wheelwasusedunderacontactloadof130N.Duringtesting,anairflowwasdirectedtothecontactareatokeepitatroomtemperature.Forbidirectionalabrasion,therotatingdirectionofthewheelwaschangedafterafixednumberofrotations.Themasslossofsampleswasdeterminedasafunctionofthefrequencyofchangingtheslidingdirection.Corre-spondingchangesinhardnessofwornsurfacewere

C.Y.TangÁD.Y.Li(&)ÁG.W.WenSchoolofMaterialsScienceandEngineering,HarbinInstituteofTechnology,150001Harbin,Chinae-mail:dongyang.li@ualberta.ca

C.Y.TangÁD.Y.LiDepartmentofChemicalandMaterialsEngineering,UniversityofAlberta,Edmonton,ABT6G2V4,Canada

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TribolLett(2011)41:569–572DOI10.1007/s11249-010-9735-9measuredusingaVicker’sHardnessTester.Eachpre-sentedhardnessvaluewasanaverageofovertenmea-surements.MicrostructuresandcompositionsofthesampleswereanalyzedusingaHitachiS-2700SEMequippedwithEDX.ThephasestructuresweredeterminedbyXRDusingaRigakurotatingCoanodesystem(40kV,160mA)atascanrateof2°min-1.

Foreachweartest,500rotationsintotalwereused.Forthebidirectionaltests,theauthorsdefinedacyclicnumber,CN,torepresenthowoftentherotationdirectionofthewheelwaschanged.Forinstance,CN=50represents50cyclescorrespondingto29CN=2950=100timesofchangingtherotationdirectionduringtheentire500rota-tions.Theslidingspeedwassetas2.2m/s.Figure1illustratesthemasslosswithrespecttoCN.Asshown,theunidirectionalabrasion(CN=0)resultedinmoremasslossthanbidirectionalabrasion.Themasslossdecreasedasthefrequencyofchangingrotationdirectionincreasedandeventuallybecamestablewhenthefre-quencyislargerenough.Asdemonstrated,themasslosscausedbyunidirectionalabrasionisabout40%morethanthatcausedbybidirectionalabrasionatCN=125.Thismaysuggestthatunidirectionalabrasionismoreeffectivethanbidirectionalabrasionifusedformachiningorgrindingthistypeofmaterial.Ontheotherhand,thismetalmayperformbetterwithlesswearlossunderthebidirec-tionalabrasioncondition.Wearofmetalsisaprocessinvolvingdeformationandfracture.Theformerleadstostrain-hardening.ChangesinhardnessofwornsurfacewithrespecttoCNweremea-sured.AsshowninFig.2,hardnessincreasesinitiallyandthendecreasesasCNislargerthanfive.SuchchangesinhardnessmaybeexplainedbyBauschinger’seffect,sincereversibleorpartiallyreversibledislocationmovement[10,11]andannihilationofdislocationsofoppositesignsare

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表面处理对PA6_CF复合材料力学性能与破坏形态的影响

表面处理对PA6_CF复合材料力学性能与破坏形态的影响

界面. 北京 :清华大学出版社 , 1990. 2 贺福 ,王茂章. 碳纤维及其复合材料. 北京 :科学出版社 , 1997. 3 Tang L G, Kardos J L. A review of methods for imp roving the interfa2
cial adhesion between carbon fiber and polymer matrix. Polymer Com2 posites, 1997, 18 ( 1) : 100 4 Salehi2Mobarakeh H, B risson J, A it2Kadi A. Interfacial poluconden2 sation of nylon26, 6 at the glass fibre surface and its effect on fibre2ma2
弯曲强度 /MPa 弯曲弹性模量 / GPa
PA6 /CF0A 39. 1 61. 5 600. 3 86. 4
PA6 /CF1A 42. 1 59. 2 544. 8 81. 2
对于冲击强度降低的原因 ,笔者认为可能是由
于局部纤维断裂时释放出的脉冲能量扩展到基体
中 ,引发出的裂纹又连续扩展到基体和相邻的纤维
XPS: ESCALAB - Ⅱ型 ,英国 VG公司 ; 平板模具 :自制 ; 压机 : Y30 - 50T型 ,上海普大液压机械制造有 限公司 。 1. 3 试样制备 (1) CF表面阴离子接枝 PA6[ 8 ] CF使用前经丙酮回流抽提 24 h,洗去表面胶 层 ,在 100℃真空干燥 。将经抽提过的 CF ( CF0)置 于圆底烧瓶中 ,加入过量的甲苯二异氰酸酯 、甲苯 , 于 100℃油浴中加热 4 h后 ,加入计量的己内酰胺 , 继续反应 4 h,反应物用甲苯回流 24 h,得到己内酰 胺稳定化 CF (CF1) 。将干燥的 CF0 及 CF1 分别加 入 PA6 ( PA6使用前于 100℃真空干燥 24 h)熔体中 进行接枝反应 ,反应结束后抽提 、洗涤至呈中性 ,真 空干燥 ,分别得到表面接枝 PA6的 CF0A 及 CF1A。 ( 2 )复合材料试样制备 按文献 [ 9 ]制备 PA6 /CF预浸料 ,切成适当的尺 寸 ,放入封闭式平板模具中 ,于预热至 220℃的压机 上恒温 20 m in,然后迅速取出放入 160℃的另一台 压机上 ,加压 5 M Pa,排气 2 ～3 次 ,最后加压至 10 M Pa,保压 15 m in,取出冷却 ,开模 ,裁成尺寸为 120 mm ×55 mm ×2 mm 的试样 。 1. 4 性能测试 层间剪切强度按 GB / T 3357 - 1982测试 ,试样 尺寸 30 mm ×6 mm ×2 mm;冲击强度按 GB / T 1451 - 1983测试 ,试样尺寸 55 mm ×6 mm ×2 mm。 2 结果与讨论 2. 1 CF表面的 SEM 照片 图 1为 CF表面 的 SEM 照 片 。由 图 1可 见 ,与
橡胶马林斯效应

橡胶马林斯效应

橡胶马林斯效应（Marangoni effect）是指由于表面张力差异引起的液体流动现象。

当两种不同浓度的溶液接触时，如果它们的表面张力不同，那么溶液将会在表面张力较小的一方流动到表面张力较大的一方。

这种现象是以意大利物理学家恩里科·马林斯（Enrico Marangoni）的名字命名的。

在橡胶工业中，马林斯效应通常与橡胶的硫化过程有关。

在橡胶硫化过程中，通常会使用一些加速剂来促进硫化反应，这些加速剂可能会改变橡胶表面的张力。

当橡胶片在硫化过程中与硫磺或其他硫化剂接触时，如果表面张力发生变化，就可能出现马林斯效应。

橡胶马林斯效应的表现可能是橡胶表面的不均匀流动，导致橡胶制品表面出现条纹或其他不规则图案。

这种效应在橡胶挤出、压延和浇注等生产过程中可能会发生，并且可能会影响橡胶制品的外观和性能。

为了控制橡胶马林斯效应，可以通过调整橡胶配方中各种成分的比例，使用适当的硫化剂和加速剂，以及控制生产过程中的温度和压力等条件来实现。

此外，也可以采用一些特殊的工艺措施，如改变橡胶片的接触角度或使用涂层来减少表面张力的差异，从而减少马林斯效应对制品质量的影响。

穆林斯效应

穆林斯效应

马林斯效应（Marinescu效应），有时也被称为应力软化现象，是指材料在经历负载和卸载过程后，当再次受到相同负载时，其应力会小于之前卸载时的应力。

这种现象通常在材料力学领域进行研究，特别是在研究材料的疲劳行为和长期应力松弛特性时。

具体来说，马林斯效应描述的是材料在循环载荷作用下的一种行为，即当一个材料部件在交变应力作用下反复加载和卸载时，其应力-应变关系会发生变化。

这种效应导致材料在后续的加载循环中表现出更高的应力水平，从而加速疲劳损伤过程。

马林斯效应的原因可能包括：
1. 微观结构的变化：材料在循环载荷作用下，其微观结构可能会发生变化，如微裂纹的扩展和聚集，这些微裂纹的存在会增加材料的应力集中，从而在后续加载时导致更高的应力。

2. 位错结构的调整：在晶体材料中，位错结构在循环载荷下会发生调整，这可能会影响材料的塑性变形能力和应力-应变关系。

3. 塑性变形记忆效应：某些材料在经历塑性变形后，其变形模式可能会在后续的加载中得到保留，这种记忆效应可能导致材料在相同应力水平下表现出不同的应变响应。

4. 残余应力的影响：在循环载荷作用下，材料可能会产生残余应力，这些应力在后续加载过程中会对材料的应力-应变行为产生影响。

马林斯效应对于工程设计和材料选择具有重要意义，因为它影响材料的疲劳寿命和可靠性。

在设计承受循环载荷的结构时，需要考虑到这种效应，以确保结构的安全性和寿命。

例如，在建筑、航空航天和汽车工业中，了解和预测材料的马林斯效应对于确保结构件的性能和寿命至关重要。

材料性能学复习题

材料性能学复习题

材料性能学复习题适用于材料成型与控制工程专业一、填空1、σe表示材料的弹性极限；σp表示材料的比例极限；σs表示材料的屈服强度；σb表示材料的抗拉强度。

2、断口的三要素是纤维区、放射区和剪切唇。

微孔聚集型断裂的微观特征是韧窝；解理断裂的微观特征主要有解理台阶和河流和舌状花样；沿晶断裂的微观特征为晶粒状断口和冰糖块状断口。

3、应力状态系数α值越大，表示应力状态越软，材料越容易产生塑性变形和延性断裂。

为测量脆性材料的塑性，常选用应力状态系数α值大的实验方法，如压缩等。

4、在扭转实验中，塑性材料的断裂面与试样轴线垂直，断口平齐，这是由切应力造成的切断；脆性材料的断裂面与试样轴线450角，这是由正应力造成的正断。

与静拉伸试样的宏观断口特征相反。

5、材料截面上缺口的存在，使得缺口根部产生应力集中和双（三）向应力，试样的屈服强度升高，塑性降低。

6、低温脆性常发生在具有体心立方或密排六方结构的金属及合金中，而在面心立方结构的金属及合金中很少发现。

7、在平面应变断裂韧性K IC测试过程中，对试样的尺寸为，其中B、a、（W-a）分别是三点弯曲试样的厚度、裂纹长度和韧带长度，σs是材料的屈服强度；这样要求是为了保证裂纹尖端处于平面应变和小范围屈服状态；平面应变状态下的断裂韧性KIC 小于平面应力状态下的断裂韧性KC。

8、按断裂寿命和应力水平，疲劳可分为高周疲劳和低周疲劳；疲劳断口的典型特征是疲劳条纹（贝纹线）。

9、对材料的磨损，按机理可分为粘着磨损，磨粒磨损，疲劳磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损和微动磨损等形式。

10、材料的拉伸力学性能，包括屈服强度、抗拉强度和实际断裂强度等强度指标和延伸率和断面收缩率等塑性指标。

12、弹性滞后环是由于材料的加载线和卸载线不重合而产生的。

对机床的底座等构件，为保证机器的平稳运转，材料的弹性滞后环越大越好；而对弹簧片、钟表等材料，要求材料的弹性滞后环越小越好。

13、材料的断裂按断裂机理分可分为微孔聚集型断裂，解理断裂和沿晶断裂；按断裂前塑性变形大小分可分为延性断裂和脆性断裂14、在扭转实验中，塑性材料的断裂面与试样轴线垂直；脆性材料的断裂面与试样轴线成450角。