本文關(guān)鍵詞：材料、結(jié)構(gòu)耦元對(duì)灰鑄鐵耐滾動(dòng)疲勞磨損性能影響

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【摘要】：滾動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌在服役過(guò)程中，所受到的磨損形式以疲勞磨損為主，其表面受到往復(fù)的周期應(yīng)力。在這樣的疲勞應(yīng)力作用下萌生裂紋并開(kāi)始擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展到一定程度后形成剝落物，當(dāng)剝落物累積到一定程度時(shí)整個(gè)導(dǎo)軌由于其精度下降需要更換。我國(guó)目前普遍采用灰鑄鐵作為滾動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌的原材料，但由于灰鑄鐵中存在石墨，所以如果采用未經(jīng)任何處理的灰鑄鐵滾動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)會(huì)降低導(dǎo)軌的使用壽命。為了提升導(dǎo)軌的使用壽命通常對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌表面進(jìn)行處理，使得其耐磨性能大大提升。傳統(tǒng)的表面改性工藝雖然可以滿(mǎn)足使用要求，但大多數(shù)工藝較為復(fù)雜。因此提出一種新的表面改性方式使灰鑄鐵獲得優(yōu)異的耐滾動(dòng)疲勞磨損試性能成為了導(dǎo)軌制作的新的研究方向。研究發(fā)現(xiàn)生物經(jīng)過(guò)萬(wàn)年的進(jìn)化，已經(jīng)適應(yīng)了其所生存的環(huán)境，這說(shuō)明生物具有能夠抵抗其所面臨困境的性能�；谶@樣一種想法，人們嘗試通過(guò)現(xiàn)代加工技術(shù)來(lái)對(duì)某一生物體特性進(jìn)行模仿來(lái)獲得其優(yōu)異性能，仿生學(xué)也就由此而誕生。同時(shí)自然界中并不缺乏耐磨性良好的生物體，比如貝類(lèi)生物在其體表時(shí)刻受到海水、泥沙的沖刷的情況下仍然能夠生息繁衍；再比如穿山甲擁有堅(jiān)硬的外殼，可以抵御砂石的摩擦。然而能否通過(guò)現(xiàn)代加工技術(shù)，加工出具有貝殼或者穿山甲鱗片特征的滾動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌從而提升滾動(dòng)機(jī)床導(dǎo)軌耐磨性呢？在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)通過(guò)現(xiàn)代加工技術(shù)來(lái)進(jìn)行仿生工程材料的制備是完全可行的，近幾年來(lái)本課題組在通過(guò)激光仿生耦合技術(shù)對(duì)灰鑄鐵進(jìn)行表面處理后獲得了優(yōu)異的耐滑動(dòng)磨損性能。研究表明，不同的結(jié)構(gòu)、材料、形狀的耦元制備的仿生耦合耐磨材料的耐滑動(dòng)磨性能也不同，但對(duì)仿生耦合試樣的耐滾動(dòng)疲勞磨損性能方面的研究較少。本文將基于前人的研究理論對(duì)材料、結(jié)構(gòu)耦元對(duì)仿生耦合耐磨灰鑄鐵耐滾動(dòng)疲勞磨損性能影響進(jìn)行研究。本文中材料耦元所選取的特征量為材料的硬度，而結(jié)構(gòu)耦元所選取的特征量為單元體截面積。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：從仿生學(xué)角度出發(fā)制備的仿生耦合試樣具有較好的耐滾動(dòng)疲勞磨損性能，，同時(shí)滾動(dòng)導(dǎo)軌在服役過(guò)程中，主要的磨損形式為滾動(dòng)疲勞磨損。當(dāng)不同硬度的單元體材料與基體耦合時(shí)，由于單元體的硬度要高于基體硬度，因而在與滾子接觸時(shí)其單元體上會(huì)承受較多的力，削弱了接觸線整體的應(yīng)力峰值，單元體處雖然受力較大但其自身硬度較高、耐磨性較好因而整體的耐磨性會(huì)得到提升，延長(zhǎng)了仿生耦合試樣整體的疲勞壽命。不同截面面積的單元體與基體耦合時(shí)，單元體的截面面積越大，單元體所占比例也就越多，其抵抗變形能力也就相應(yīng)增強(qiáng)在一個(gè)循環(huán)應(yīng)力下材料的變形量會(huì)減小，因而其疲勞壽命也會(huì)相應(yīng)延長(zhǎng)。
【關(guān)鍵詞】：仿生耦合 材料耦元 結(jié)構(gòu)耦元 滾動(dòng)磨損
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG143.2;TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 研究目的與意義10-11
• 1.2 研究綜述11-21
• 1.2.1 滾動(dòng)導(dǎo)軌疲勞失效機(jī)理分析11-14
• 1.2.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌用灰鑄鐵研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.3 仿生耦合理論及其應(yīng)用18-21
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)21-24
• 1.3.1 本文主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 1.3.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)22-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方法24-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料24
• 2.2 仿生耦合試樣制備24-27
• 2.3 仿生耦合單元體微觀分析27-28
• 2.3.1 單元體尺寸與形貌分析27-28
• 2.3.2 單元體微觀組織分析28
• 2.3.3 物相分析28
• 2.4 仿生耦合試樣力學(xué)性能測(cè)試28-30
• 2.4.1 顯微硬度測(cè)量29
• 2.4.2 拉伸性能測(cè)試29-30
• 2.4.3 壓縮性能測(cè)試30
• 2.5 仿生耦合試樣疲勞磨損試實(shí)驗(yàn)30-32
• 2.5.1 磨損失重量測(cè)量30-31
• 2.5.2 磨損形貌對(duì)比分析31
• 2.5.3 仿生耦合試樣表面受力情況的有限元分析31-32
• 第3章 材料耦元對(duì)灰鑄鐵耐滾動(dòng)疲勞磨損性能影響32-46
• 3.1 引言32
• 3.2 單元體截面形貌與截面尺寸32-33
• 3.3 單元體組織33-35
• 3.4 仿生耦合試樣力學(xué)性能35-37
• 3.4.1 單元體截面硬度35
• 3.4.2 仿生耦合試樣拉伸性能35-36
• 3.4.3 仿生耦合試樣壓縮性能36-37
• 3.5 滾動(dòng)磨損實(shí)驗(yàn)37-39
• 3.5.1 磨損失重量37
• 3.5.2 磨損程度37-39
• 3.6 仿生耦合試樣表面受力情況數(shù)值模擬結(jié)果分析39-41
• 3.7 材料耦元對(duì)灰鑄鐵耐滾動(dòng)疲勞磨損性能影響分析41-43
• 3.7.1 單元體個(gè)體強(qiáng)化機(jī)制41
• 3.7.2 單元體與基體的耦合強(qiáng)化機(jī)制41-43
• 小結(jié)43-46
• 第4章 結(jié)構(gòu)耦元對(duì)灰鑄鐵耐滾動(dòng)疲勞磨損性能影響46-64
• 4.1 引言46-47
• 4.2 單元體截面形貌與截面尺寸47-49
• 4.2.1 熔凝組單元體截面形貌與截面尺寸47-48
• 4.2.2 熔碳組單元體截面形貌與截面尺寸48-49
• 4.3 單元體組織49-51
• 4.3.1 熔凝組單元體組織49-50
• 4.3.2 熔碳組單元體組織50-51
• 4.4 單元體物相分析51
• 4.5 仿生耦合試樣力學(xué)性能51-58
• 4.5.1 單元體表面硬度51-53
• 4.5.2 單元體截面硬度53-54
• 4.5.3 仿生耦合試樣拉伸性能54-56
• 4.5.4 仿生耦合試樣壓縮性能56-58
• 4.6 滾動(dòng)磨損實(shí)驗(yàn)58-60
• 4.6.1 熔凝組試樣磨損失重量58-59
• 4.6.2 熔碳組試樣磨損失重量59-60
• 4.7 仿生耦合試樣表面受力數(shù)值模擬60-61
• 4.8 結(jié)構(gòu)耦元對(duì)灰鑄鐵耐滾動(dòng)疲勞磨損性能影響分析61-62
• 小結(jié)62-64
• 第5章 結(jié)論64-65
• 參考文獻(xiàn)65-71
• 作者簡(jiǎn)介及在學(xué)期間所取得的科研成果71-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1025893