【摘要】：基于激光噴丸的力學(xué)效應(yīng)在材料表面制備具有一定形貌參數(shù)的微造型陣列,能夠改善其摩擦磨損性能,因此在摩擦磨損領(lǐng)域得到了廣泛的研究與應(yīng)用。本文以球墨鑄鐵材料為研究對(duì)象,利用激光噴丸加工技術(shù),在試樣表面制備具有一定幾何參數(shù)和形貌的微造型陣列,并對(duì)微造型后的試樣表面進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)性能測(cè)試,最后通過干摩擦磨損試驗(yàn)和往復(fù)滑動(dòng)磨損過程數(shù)值模擬,綜合分析了微造型幾何參數(shù)和形貌對(duì)球墨鑄鐵表面減摩耐磨性能的影響機(jī)理。主要工作包括:(1)基于激光噴丸技術(shù)相關(guān)理論,探討了激光噴丸處理對(duì)球墨鑄鐵表面微觀組織及其力學(xué)性能的影響機(jī)理;通過調(diào)節(jié)激光噴丸過程中的激光能量和控制平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度,加工出具有不同深徑比和中心距的微凹坑陣列,同時(shí)根據(jù)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果,得到了激光噴丸能量與微造型表面顯微硬度和殘余應(yīng)力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(2)通過開展干摩擦磨損試驗(yàn),分析了不同微造型參數(shù)(深徑比、凹坑中心距)對(duì)球墨鑄鐵試樣表面摩擦磨損特性的影響規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn):微凹坑深徑比0.052、中心距2 mm的微造型試樣表面具有最佳的干摩擦磨損性能;最后根據(jù)干摩擦磨損理論以及磨痕形貌觀測(cè)圖,進(jìn)一步分析了微造型試樣表面的減摩耐磨機(jī)理。(3)通過對(duì)比分析未造型與微造型接觸表面在往復(fù)滑動(dòng)磨損過程中的等效應(yīng)力分布和溫度分布的數(shù)值模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)未造型模型接觸面的應(yīng)力集中區(qū)域顯著大于微造型模型接觸表面,微造型模型接觸表面平均等效應(yīng)力值明顯小于未造型表面,應(yīng)力集中程度得到明顯改善;未造型模型接觸區(qū)的溫升最大值高于微造型表面,且未造型模型在滑動(dòng)磨損過程中,接觸面的溫升區(qū)域較大,微造型模型接觸表面的溫度要普遍低于未造型接觸表面,且不會(huì)出現(xiàn)大面積溫升區(qū)域,表面溫度分布狀況得以改善。
[Abstract]:Based on the mechanical effect of laser shot peening, micro-molding arrays with certain morphologic parameters can improve the friction and wear properties of the materials, so they have been widely studied and applied in the field of friction and wear. In this paper, the nodular cast iron was used as the research object, and the micro-molding array with certain geometric parameters and morphologies was prepared on the surface of the sample by laser shot peening technology, and the corresponding mechanical properties of the micro-moulded sample surface were tested. Finally, through dry friction and wear test and numerical simulation of reciprocating sliding wear process, the influence mechanism of geometric parameters and morphology of micro-molding on friction and wear resistance of nodular cast iron surface is analyzed synthetically. The main works are as follows: (1) based on the theory of laser shot peening, the influence mechanism of laser shot peening on the microstructure and mechanical properties of nodular cast iron surface is discussed. By adjusting the laser energy during shot peening and controlling the moving speed of the platform, the microcrater array with different aspect ratio and center distance is fabricated. The relationship between laser shot peening energy and microhardness and residual stress of micro-moulding surface is obtained. (2) through dry friction and wear test, different parameters of micro-molding (ratio of depth to diameter) are analyzed. The effect of pit center distance on the surface friction and wear characteristics of ductile iron samples was studied. It was found that the surface of micro shaped specimens with the ratio of depth to diameter of micropits 0.052 and center distance of 2 mm had the best dry friction and wear properties. Finally, according to the dry friction and wear theory and wear trace morphology observation, The mechanism of friction reduction and wear resistance on the surface of micro-molding sample is further analyzed. (3) the numerical simulation of equivalent stress distribution and temperature distribution of unmolded and micro-molded contact surfaces during reciprocating sliding wear is analyzed. The results show that the stress concentration area of the contact surface of the unmolded model is significantly larger than that of the contact surface of the micro-modeling model, and the average equal-effect force value of the contact surface of the micro-modeling model is obviously lower than that of the unmolded surface, and the degree of stress concentration is obviously improved. The maximum temperature rise in the contact area of the unmolded model is higher than that of the micro-modeling surface, and the temperature rise area of the contact surface is larger in the sliding wear process of the unmolded model, and the temperature of the contact surface of the micro-modeling model is generally lower than that of the unmolded contact surface. And there will be no large area of temperature rise, surface temperature distribution can be improved.
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG143.5;TG668

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本文編號(hào)：2327834