發(fā)布時間：2017-10-13 16:23

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

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【摘要】：滾動機床導(dǎo)軌在服役過程中，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始擴展，裂紋擴展到一定程度后形成剝落物，當剝落物累積到一定程度時整個導(dǎo)軌由于其精度下降需要更換。我國目前普遍采用灰鑄鐵作為滾動機床導(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導(dǎo)軌時會降低導(dǎo)軌的使用壽命。為了提升導(dǎo)軌的使用壽命通常對滾動導(dǎo)軌表面進行處理，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)過萬年的進化，已經(jīng)適應(yīng)了其所生存的環(huán)境，這說明生物具有能夠抵抗其所面臨困境的性能�；谶@樣一種想法，人們嘗試通過現(xiàn)代加工技術(shù)來對某一生物體特性進行模仿來獲得其優(yōu)異性能，仿生學也就由此而誕生。同時自然界中并不缺乏耐磨性良好的生物體，比如貝類生物在其體表時刻受到海水、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硬的外殼，可以抵御砂石的摩擦。然而能否通過現(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機床導(dǎo)軌從而提升滾動機床導(dǎo)軌耐磨性呢？在實際的生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)通過現(xiàn)代加工技術(shù)來進行仿生工程材料的制備是完全可行的，近幾年來本課題組在通過激光仿生耦合技術(shù)對灰鑄鐵進行表面處理后獲得了優(yōu)異的耐滑動磨損性能。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磨性能也不同，但對仿生耦合試樣的耐滾動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材料、結(jié)構(gòu)耦元對仿生耦合耐磨灰鑄鐵耐滾動疲勞磨損性能影響進行研究。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。 實驗結(jié)果表明：從仿生學角度出發(fā)制備的仿生耦合試樣具有較好的耐滾動疲勞磨損性能，，同時滾動導(dǎo)軌在服役過程中，主要的磨損形式為滾動疲勞磨損。當不同硬度的單元體材料與基體耦合時，由于單元體的硬度要高于基體硬度，因而在與滾子接觸時其單元體上會承受較多的力，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得到提升，延長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，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)增強在一個循環(huán)應(yīng)力下材料的變形量會減小，因而其疲勞壽命也會相應(yīng)延長。
【關(guān)鍵詞】：仿生耦合 材料耦元 結(jié)構(gòu)耦元 滾動磨損
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 滾動導(dǎo)軌疲勞失效機理分析11-14
• 1.2.2 滾動導(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 本文主要研究內(nèi)容與創(chuàng)新點21-24
• 1.3.1 本文主要研究內(nèi)容21-22
• 1.3.2 本文創(chuàng)新點22-24
• 第2章 實驗方法24-32
• 2.1 實驗材料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 仿生耦合試樣力學性能測試28-30
• 2.4.1 顯微硬度測量29
• 2.4.2 拉伸性能測試29-30
• 2.4.3 壓縮性能測試30
• 2.5 仿生耦合試樣疲勞磨損試實驗30-32
• 2.5.1 磨損失重量測量30-31
• 2.5.2 磨損形貌對比分析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 材料耦元對灰鑄鐵耐滾動疲勞磨損性能影響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 滾動磨損實驗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 材料耦元對灰鑄鐵耐滾動疲勞磨損性能影響分析41-43
• 3.7.1 單元體個體強化機制41
• 3.7.2 單元體與基體的耦合強化機制41-43
• 小結(jié)43-46
• 第4章 結(jié)構(gòu)耦元對灰鑄鐵耐滾動疲勞磨損性能影響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 滾動磨損實驗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)耦元對灰鑄鐵耐滾動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65-71
• 作者簡介及在學期間所取得的科研成果71-73
• 致謝73

【參考文獻】

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本文編號：1025893