激光增鉻、增碳強(qiáng)化單元體對(duì)嚴(yán)重非均勻磨損導(dǎo)軌的修復(fù)研究

發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 06:05

　　再制造作為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一,其本質(zhì)是對(duì)已經(jīng)損壞或報(bào)廢的產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù),使其質(zhì)量和性能達(dá)到重新使用的要求。磨損是導(dǎo)致金屬材料失效的主要原因,而且磨損失效的材料表面往往存在硬度、應(yīng)力分布不均的情況,這是由于材料表面不同區(qū)域的磨損情況并非均勻一致引起的,即非均勻磨損。比如機(jī)床導(dǎo)軌表面因長(zhǎng)期受力不均、各區(qū)域使用頻率不一致等原因而產(chǎn)生非均勻磨損,非均勻磨損普遍存在于導(dǎo)軌從開始服役到報(bào)廢的整個(gè)過(guò)程中,且隨著使用年限的增加,非均勻磨損程度呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì),當(dāng)導(dǎo)軌長(zhǎng)期在較為惡劣的環(huán)境下工作時(shí),其表面將發(fā)生嚴(yán)重的非均勻磨損,導(dǎo)致機(jī)床加工精度的大幅度下降,進(jìn)而失效報(bào)廢。目前,針對(duì)報(bào)廢導(dǎo)軌的修復(fù)大多是將失效表面看作均勻面進(jìn)行的,忽略了非均勻磨損所引起的性能差異,采用統(tǒng)一的機(jī)械手段進(jìn)行整體修復(fù)或者直接去除掉導(dǎo)軌的非均勻失效表層,這不僅浪費(fèi)人力和物力,還容易導(dǎo)致高度方向上尺寸精度得不到保障而增加修復(fù)的難度。本文針對(duì)非均勻磨損零部件耐磨性修復(fù)均一的難題,以發(fā)生嚴(yán)重非均勻磨損的導(dǎo)軌作為研究對(duì)象,因?qū)к壉砻娌煌瑓^(qū)域的磨損程度不一致,我們需要進(jìn)行有差異的修復(fù),激光仿生耦合處理中,經(jīng)過(guò)激光處理后形成的硬質(zhì)相常被稱為單元體,通過(guò)改變單元體形狀、分布密度可得到多種耐磨性不同的仿生耦合模型,故激光仿生耦合技術(shù)逐漸被應(yīng)用于非均勻磨損失效表面的修復(fù)研究中。通過(guò)激光熔凝處理得到的單元體稱為熔凝單元體(LMU),但對(duì)于導(dǎo)軌表面磨損較為嚴(yán)重的區(qū)域其修復(fù)能力有限,故對(duì)于嚴(yán)重非均勻磨損導(dǎo)軌的修復(fù)就要求我們制備耐磨性更強(qiáng)的仿生單元體,本文通過(guò)激光合金化和激光滲碳處理分別補(bǔ)充了單元體中Cr、C元素的含量,得到了增鉻強(qiáng)化單元體(LCRU)和增碳強(qiáng)化單元體(LCU),通過(guò)對(duì)二者微觀特征和性能分析發(fā)現(xiàn),二者的晶粒都明顯得到細(xì)化,前者組織中出現(xiàn)了M_7C_3型碳化物,相對(duì)于LMU其耐磨性約提升了27~30%;后者組織中鐵碳化合物明顯增多,C含量的增加生成了高碳馬氏體,相對(duì)于LMU其耐磨性約提升了60~63%。本文采用硬度分區(qū)的思路來(lái)對(duì)導(dǎo)軌表面進(jìn)行修復(fù),將嚴(yán)重非均勻磨損導(dǎo)軌表面分成了五個(gè)硬度區(qū)域(I:250~350HV,II:350~450HV,III:450~550HV,IV:550~650HV,V:650~750HV),通過(guò)調(diào)整材料組合、仿生形狀和單元間距對(duì)仿生耦合模型進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化,得到了耐磨性分別相差12~15%的六種仿生耦合模型:增鉻單元體的點(diǎn)狀模型(LCRU-P)、增鉻單元體的條狀模型(LCRU-S)、增碳單元體的點(diǎn)狀模型(LCU-P)、增鉻單元體的網(wǎng)狀模型(LCRU-M)、增鉻+增碳單元體的網(wǎng)狀模型(LCBU-M)、增碳單元體的網(wǎng)狀模型(LCU-M)。通過(guò)數(shù)值擬合的方法得到了各模型在不同硬度分區(qū)的耐磨性規(guī)律。以磨損最為嚴(yán)重區(qū)域?yàn)樾迯?fù)基準(zhǔn),設(shè)定耐磨性目標(biāo)M=85%后,根據(jù)耐磨性規(guī)律為各硬度分區(qū)匹配的仿生耦合模型分別為:LCU-M、LCBU-M、LCBU-M、LCU-P、LCRU-S,并通過(guò)微調(diào)各分區(qū)內(nèi)部單元體間距,進(jìn)一步提升了修復(fù)的精度。對(duì)加工有各仿生耦合模型的試樣進(jìn)行拼接實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)值與理論值相比較,誤差為3.62%,證明了該修復(fù)方法的有效性。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG502
【部分圖文】：

滑動(dòng)導(dǎo)軌,非均勻磨損,表面修復(fù),導(dǎo)軌

圖 1.1 滑動(dòng)導(dǎo)軌的分區(qū)[28]Fig 1.1 Partition schematic diagram of slide guide[28].2 非均勻磨損導(dǎo)軌表面修復(fù)的必要性

表皮結(jié)構(gòu),新疆

圖 1.2 軟硬相間結(jié)構(gòu)：（a）新疆巖蜥表皮結(jié)構(gòu)[54-55]；（b）貝殼珍珠層結(jié)構(gòu)[5ig. 1.2 Soft and hard phase structure: (a)Epidermal structure of Xinjiang rolizard[54-55]; (b)Shell pearl structure[56-57]

形態(tài)圖,土壤動(dòng)物,非光滑,形態(tài)