结构耦元及其特征量对U71Mn钢疲劳磨损性能的影响

发布时间：2017-11-02 07:32

  本文关键词：结构耦元及其特征量对U71Mn钢疲劳磨损性能的影响

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【摘要】：许多大中型重载运输任务都是靠铁路运输完成的,因为其成本要比航空更低,速度比汽运更快。铁路运输系统中的零部件功能好坏直接影响运输的效率和安全,钢轨的性能越好,铁路运输的稳定性就能对应地提高,运输速度也会提升,钢轨的使用寿命延长,更换新钢轨的成本会降低。因此,整个铁路运输的效益与钢轨的性能有着密切的联系。铁路提速,是对外展示我国铁路运输实力的一个标志,但是高速运行的火车会加重钢轨的磨损,如何在恶劣条件下平稳安全的完成运输任务是各界学者关心和探讨的话题。作为材料研究人员,我们希望采用各种方式,包括新材料,材料性能改进或者表面技术达到钢轨耐磨损性能的提升。本课题组对不同材料进行的激光仿生耦合技术研究进行了很多年了,取得了一些成绩。激光熔凝技术不需要改变材料的成分,通过高能量激光束照射材料表面发生淬火,铁素体转变为细小的马氏体,提高基体的强度硬度。通过前期大量实验发现,仿生试样的疲劳磨损性能随着单元体的截面形态和结构发生变化,而单元体的形态和结构主要受到激光加工器的参数:激光频率、电流、脉宽等影响。仿生单元体里面的马氏体组织拥有较强的抗塑性变形能力,还能阻碍疲劳裂纹的扩展。本文主要研究单元体截面形态中的深度对仿生试样耐磨性的影响。首先进行激光的参数优化,前期制备了11组不同的激光参数,获得11种深度的单元体。一、单元体形态和载荷一定时,单元体深度越大,其耐磨性越好;二、两种深度的单元体组合实验中,宽度差变化控制在5%范围内能有效说明单元体纵向深度占主要影响因素,耐磨损性与排列方式有关系。深浅交错组合后耐磨性提升。两种排列方式都会在较浅单元体附近出现应力集中,局部出现更多的点蚀凹坑。深浅深排列在之间出现点蚀增多,深度净差值为140μm时达到试样的磨损最小值,其抗疲劳磨损能力最优。三、三种深度交错的仿生式样中,单元体的深度差太大,最浅的单元体向基体以曲线形式传递的应力会增加,基体与单元体接触区域产生的疲劳磨损破坏更明显。两种深度单元体组合的仿生式样耐磨性三种深度单元体组合的仿生式样单一深度仿生式样未处理式样。在实际应用中,为了操作方便,节省成本,建议采用两种深度单元体交错组合形式。
【关键词】：仿生耦合 激光熔凝 结构耦元 深度结构尺寸
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.1;TG115.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-28
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 钢轨滚动接触疲劳磨损14-22
• 1.2.1 滚动接触疲劳磨损的破坏形式14-16
• 1.2.2 造成钢轨滚动接触疲劳磨损的原因16-18
• 1.2.3 钢轨滚动接触疲劳机理18-20
• 1.2.4 钢轨滚动接触疲劳预防措施20-22
• 1.3 激光仿生耦合理论及制备22-26
• 1.3.1 仿生学发展22-25
• 1.3.2. 激光仿生耦合技术25
• 1.3.3 激光仿生耦合在钢轨疲劳磨损中的应用25-26
• 1.4 研究内容26-28
• 第2章 实验方法及设备28-35
• 2.1 实验材料28-29
• 2.2 试验设计29-32
• 2.2.1 仿生耦合表面设计29-30
• 2.2.2 仿生耦合试样尺寸30-31
• 2.2.3 激光加工系统31-32
• 2.3 性能测试32-33
• 2.3.1 显微显微硬度32
• 2.3.2 摩擦磨损测试32-33
• 2.4 微观表征33-35
• 2.4.1 物相分析33-34
• 2.4.2 显微组织分析34
• 2.4.3 磨损形貌分析34
• 2.4.4 有限元分析34-35
• 第3章 单一深度结构尺寸的单元体对U71Mn钢疲劳磨损性能的影响35-52
• 3.1 引言35
• 3.2 激光参数优化实验35-37
• 3.3 单一深度单元体的显微组织分析37-43
• 3.3.1 物相分析37
• 3.3.2 组织分析37-39
• 3.3.3 不同深度单元体的显微硬度39-41
• 3.3.4 不同深度的单元体截面尺寸41-43
• 3.4 单一深度的单元体仿生试样的磨损实验结果分析43-45
• 3.4.1 单一深度单元体仿生试样的磨损失重量43-44
• 3.4.2 单一深度单元体仿生试样的磨损形貌44-45
• 3.5 单一深度结构尺寸的单元体仿生试样磨损机理分理45-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 两种混合深度结构尺寸的单元体对U71Mn钢疲劳磨损性能的影响52-66
• 4.1 引言52
• 4.2 实验方案设计52-54
• 4.3 两种深度组合的单元体仿生试样磨损试验分析54-59
• 4.4 两种深度交错的抗疲劳磨损机理59-64
• 4.4.1 浅深浅组合59-62
• 4.4.2 深浅深组合62-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 三种混合深度结构尺寸的单元体对U71Mn钢疲劳磨损性能的影响66-74
• 5.1 引言66
• 5.2 实验方案设计66-68
• 5.3 三种深度单元体组合的仿生试样磨损试验分析68-72
• 5.3.1 三种深度单元体组合的仿生试样磨损失重量68-71
• 5.3.2 三种深度单元体组合的仿生试样磨损形貌71-72
• 5.4 三种深度交错的抗疲劳磨损机理72-74
• 第6章 结论74-75
• 参考文献75-80
• 致谢80

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本文编号：1130602