航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承作為主機(jī)的核心部件,其服役環(huán)境復(fù)雜惡劣苛刻�，F(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承要求工作溫度超過(guò)300℃,同時(shí)能夠保證在高轉(zhuǎn)速、重載荷下長(zhǎng)時(shí)間工作,這些對(duì)航發(fā)主軸軸承的可靠性與壽命性能提出了高要求。隨著動(dòng)力學(xué)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的日趨完善,軸承材料性能優(yōu)化逐漸成為提升主軸軸承服役性能的關(guān)鍵。其中,高溫軸承鋼克服了傳統(tǒng)軸承鋼因相變溫度較低在高溫環(huán)境下容易熱軟化的劣勢(shì),其相變溫度超過(guò)800℃,被廣泛應(yīng)用在主軸軸承中。微觀組織夾雜包括微觀組織、第二相顆粒(夾雜)以及微觀缺陷(大塊夾雜、孔隙、裂紋)。其中,第二相顆粒阻礙微觀組織的位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng),強(qiáng)化了高溫軸承鋼的性能,但其熱處理或鍛造過(guò)程中可能形成大塊狀或條狀?yuàn)A雜而誘發(fā)微裂紋萌生,不利于高溫軸承鋼的抗疲勞性能,并引起微觀組織發(fā)生塑性流動(dòng)與局部過(guò)熱,因此考慮微觀組織夾雜有助于剖析高溫軸承鋼的滾動(dòng)接觸疲勞行為。本文結(jié)合高溫軸承鋼橫截面的實(shí)測(cè)微觀組織夾雜圖像數(shù)據(jù),通過(guò)圖像重構(gòu)實(shí)現(xiàn)微觀組織夾雜的幾何特征提取,提出一種高效的微觀組織夾雜混合重構(gòu)方案,并基于ANSYS建立晶格有限元模型VFEM�？紤]表面形貌、潤(rùn)滑狀態(tài)、工況條件、動(dòng)態(tài)接觸熱等外部因素,分別研究了高溫軸承鋼的等溫及高溫彈塑性接觸疲勞行為,涉及高溫軸承鋼疲勞壽命的估計(jì)以及碳化物夾雜脆斷失效的模擬,并分析了微觀組織夾雜局部過(guò)熱的狀態(tài)。結(jié)果表明,硬質(zhì)、體積分?jǐn)?shù)大、形狀平滑、分布均勻的碳化物夾雜有利于提升高溫軸承鋼的抗疲勞性能,但碳化物夾雜硬質(zhì)比例及體積分?jǐn)?shù)增加不利于高溫軸承鋼性能的穩(wěn)定,因此需要結(jié)合高溫軸承鋼的使用用途及可靠性要求綜合考慮。同時(shí),當(dāng)潤(rùn)滑條件或粗糙表面不佳時(shí),近表層碳化物夾雜發(fā)生脆斷失效,降低高溫軸承鋼的抗疲勞性能,并引起接觸區(qū)附近發(fā)生局部過(guò)熱,因此需要重點(diǎn)控制軸承部件接觸面的表面形貌以及潤(rùn)滑狀態(tài)。本文提出了一種結(jié)合軸承工況、潤(rùn)滑狀態(tài)、材料特性、動(dòng)態(tài)接觸熱的交互設(shè)計(jì)思路,為航空工業(yè)中材料熱處理、無(wú)損探傷質(zhì)量控制、高溫軸承鋼基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)提供了理論指標(biāo)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：V231.95;V252.1;TG142.1
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文種強(qiáng)化作用能夠適應(yīng)高溫環(huán)境，因此具備優(yōu)良高溫材料性能。然而，由于 M50 含碳量較高，部分第二相顆粒富集了碳化物及合金元素，形成塊狀、魚(yú)骨狀?yuàn)A雜缺陷導(dǎo)致化學(xué)成分分布不均且抗沖擊能力差，容易在復(fù)雜多變工況環(huán)境下發(fā)生脆斷。M50NiL 是由 M50 經(jīng)過(guò)降碳增鎳[1]發(fā)展而來(lái)，其內(nèi)部碳化物形態(tài)細(xì)小彌散，因此沖擊韌性好，但 M50NiL 碳化物尺寸較小，與摩擦過(guò)程中的磨粒尺寸相差無(wú)幾，在工作過(guò)程中容易擦傷接觸副，降低表層耐磨性，因此不適用于超高轉(zhuǎn)速服役環(huán)境，如圖 1-1 所示為航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸系及高溫軸承鋼微觀結(jié)構(gòu)示意。

結(jié)合主軸軸承結(jié)構(gòu)及工況條件，綜合考慮接觸幾何、潤(rùn)滑狀態(tài)、接觸熱效應(yīng)因素，研究高溫軸承鋼的彈塑性接觸疲勞行為，實(shí)現(xiàn)材料微觀結(jié)構(gòu)、工況條件、觸界面、軸承部件之間的交互設(shè)計(jì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析1.2.1 滾動(dòng)軸承接觸疲勞壽命評(píng)估方法的研究接觸疲勞壽命是衡量滾動(dòng)軸承部件疲勞性能的直接指標(biāo)。由于滾動(dòng)軸承運(yùn)在主機(jī)核心位置，因此其接觸疲勞壽命直觀反映出主機(jī)服役過(guò)程中的極限壽命。觸疲勞壽命與滾動(dòng)軸承所處工作環(huán)境、材料性能、潤(rùn)滑狀態(tài)、接觸幾何有關(guān)。19年，Stribeck[10]將滾動(dòng)軸承的接觸疲勞壽命與載荷建立數(shù)學(xué)聯(lián)系，推導(dǎo)出徑向球承中載荷最大球方程，并發(fā)展為靜態(tài)負(fù)載容量，但該方程僅承受徑向載荷 Fr，用范圍有限。1912 年，Goodman[10]利用實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到滾動(dòng)接觸疲勞現(xiàn)象并總結(jié)為應(yīng)數(shù)學(xué)模型，有別于當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)為滾動(dòng)軸承中大球比其他球磨損嚴(yán)重的觀點(diǎn)，即球首先磨損直至所有球徑保持一致而終止磨損。實(shí)驗(yàn)表明滾道在與滾動(dòng)體反復(fù)觸過(guò)程中形成斑點(diǎn)或薄片，最終導(dǎo)致軸承部件出現(xiàn)故障，如圖 1-2 所示。

a) 微觀組織的 SEM 圖 b) 微觀組織公稱尺寸隨溫度變化圖 1-6 不同預(yù)設(shè)溫度下 M50 的微觀組織特征[3].2.4 微觀組織夾雜疲勞行為數(shù)值模擬的研究高溫軸承鋼內(nèi)部微觀組織通常呈現(xiàn)不規(guī)則六棱形結(jié)構(gòu)。微觀組織的六棱形影響著循環(huán)載荷下高溫軸承鋼的應(yīng)力傳遞特征，具體表現(xiàn)為沿晶界方向與穿體內(nèi)部方向上的力學(xué)性能差異，這也是多晶體材料普遍存在的現(xiàn)象。同時(shí)，微陷（大塊夾雜、微孔隙、微裂紋）通常引起材料內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重應(yīng)力集中，如圖b)所示，其所在區(qū)域、幾何形狀、物性特征皆對(duì)滾動(dòng)軸承的接觸疲勞有顯著影響此明確微觀組織夾雜的疲勞行為對(duì)于解析高溫軸承鋼的抗疲勞性能有幫助。微觀組織夾雜的疲勞行為發(fā)生于材料內(nèi)部，很難用實(shí)驗(yàn)在線檢測(cè)，對(duì)此國(guó)內(nèi)外提出了許多數(shù)值模型，模擬微觀組織夾雜的疲勞行為，如圖 1-7a)所示。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張瑜;張志波;趙衛(wèi)東;;固溶溫度對(duì)耐高溫軸承鋼組織與性能的影響[J];金屬熱處理;2015年03期

2 羅燕;班君;劉秀蓮;;磁彈儀檢查高溫軸承鋼套圈磨削燒傷的規(guī)范和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[J];哈爾濱軸承;2015年01期

3 謝燮揆;國(guó)外高溫軸承鋼的進(jìn)展[J];機(jī)械工程材料;1982年05期

4 劉慶斌;立方氮化硼砂輪磨削高溫軸承鋼試驗(yàn)[J];人造金剛石與砂輪;1980年02期

5 楊培基,吳運(yùn)榜;Cr_4Mo_4V高溫軸承鋼的研究[J];軸承;1981年01期

6 肖茂果;李東輝;呂新楊;李紹宏;趙昆渝;楊卯生;;熱處理對(duì)高Cr-Co-Mo軸承鋼組織與性能的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2018年08期

7 肖茂果;呂新楊;李東輝;李紹宏;趙昆渝;楊卯生;;高Cr-Co-Mo高溫軸承鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2018年09期

8 楊培基;吳運(yùn)榜;;Cr_4 Mo_4 V高溫軸承鋼熱處理工藝及性能的研究[J];特殊鋼;1980年02期

9 徐玉蘭，趙航;滲碳型高溫軸承鋼的研究[J];鋼鐵研究學(xué)報(bào);1995年03期

10 劉秀蓮;班君;羅燕;劉明;;高溫軸承鋼鋼球表面缺陷分析[J];失效分析與預(yù)防;2015年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 馬永強(qiáng);李濤;孫大利;;高溫軸承鋼Cr4Mo4V的晶粒度研究及討論[A];第十一屆中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集——S09.軸承鋼[C];2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 陸宇帆;微觀組織夾雜對(duì)高溫軸承鋼疲勞行為影響的數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 王丹丹;DLC對(duì)高溫軸承鋼表面接觸疲勞能力影響的試驗(yàn)評(píng)價(jià)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

3 韓嬌;M50T鋼組織與碳化物控制及機(jī)制研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2821053