基于表面织构化的喷涂层接触疲劳性能研究
发布时间：2021-05-15 02:44
随着我国铁路网络的飞速发展,列车运行里程和速度不断提高,火车轮轨的使用寿命将面临极大地挑战。当轮轨发生损伤引起事故时,会对人们的生命财产安全造成极大地困扰,解决轮轨的损伤问题势在必行。轨道在与车轮进行滚动接触时极易产生裂纹等缺陷,当裂纹扩展到表面形成断裂时,将会导致严重的脱轨事故,影响人们生命财产安全。所以如何提高轨道的滚动接触疲劳寿命是解决问题的关键。本文首先对轨道的接触疲劳失效产生的原因进行了分析,对接触疲劳失效理论的发展进行了总结,提出了提高铁轨接触疲劳性能的必要性。本实验采用织构化喷涂层的方法来寻求进一步提高工件接触疲劳寿命的方法。本文分别介绍了光学、物理、化学织构加工技术,并对比评价了每种加工技术之间的优缺点,从中选择了方便快捷的激光表面加工技术来进行试验。采用表面激光织构技术对喷涂层试样进行了加工,分别对试样的三维形貌、微观结构进行了表征,对材料的表面完整性进行了测量,发现表面织构化可以明显提高表面凹坑周围涂层的硬度,且相邻两个凹坑之间硬度数值呈“W”型分布,凹坑下部切面的硬度呈现阶段性的明显变化。织构化表面的粗糙度受密度影响较大,密度越高粗糙度越大。对不同疲劳试验周次下的...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 轮轨的滚动接触疲劳失效
1.1.1 轮轨滚动接触疲劳产生的原因
1.1.2 轮轨滚动接触理论发展
1.2 表面织构加工技术研究现状
1.2.1 光学表面加工方法
1.2.2 机械表面加工方法
1.2.3 化学表面加工方法
1.3 研究内容
2 实验内容与方案
2.1 实验方案的确定
2.1.1 实验因素
2.1.2 实验材料
2.2 喷涂层试样的制备
2.3 激光表面织构化处理
2.4 滚动接触疲劳试验
2.5 织构化喷涂层组织结构的表征方法
2.5.1 三维形貌测量仪
2.5.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.5.3 织构化喷涂层的表面完整性
3 激光表面织构化及表征
3.1 激光表面织构化加工及设计
3.2 激光表面织构化形貌
3.3 激光加工试样的表面完整性变化
3.3.1 试样的硬度变化
3.3.2 试样的粗糙度变化
3.4 本章小结
4 凹坑织构参数对于接触疲劳性能的影响
4.1 引言
4.2 凹坑直径对于工件表面的影响
4.2.1 凹坑直径对于工件表面接触疲劳寿命的影响
4.2.2 凹坑直径对于工件疲劳损伤的影响
4.2.3 凹坑直径对于疲劳试验中润滑油的影响
4.3 凹坑密度对于工件表面的影响
4.3.1 凹坑密度对于滚动接触疲劳寿命的影响
4.3.2 凹坑密度对于工件疲劳损伤的影响
4.3.3 粗糙度对于滚动接触疲劳性能的影响
4.3.4 凹坑密度对于疲劳试验中润滑油的影响
4.4 本章小结
5 负载条件对于接触疲劳裂纹性能的影响
5.1 引言
5.2 试验转速对于工件表面的影响
5.2.1 转速对于滚动接触疲劳寿命的影响
5.2.2 转速对于工件疲劳损伤的影响
5.2.3 转速对疲劳试验振动信号的影响
5.3 试验载荷对于工件的影响
5.3.1 载荷对于滚动接触疲劳寿命的影响
5.3.2 载荷对于工件疲劳损伤的影响
5.3.3 载荷对于疲劳试验中振动信号的影响
5.4 本章小结
6 结论
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金表面微结构激光加工及参数优化[J]. 门博,万熠,张蕊,张东,刘超. 工具技术. 2015(01)
[2]表面完整性对涂层滚动接触疲劳寿命影响的研究进展[J]. 崔华威,崔秀芳,王海斗,邢志国,金国. 金属热处理. 2014(11)
[3]激光表面织构化对45#钢干摩擦特性的影响[J]. 王斌,常秋英,齐烨. 润滑与密封. 2013(12)
[4]等离子喷涂NiCrBSi涂层接触疲劳过程中残余应力变化规律研究[J]. 李国禄,王韶云,王海斗,刘金海,朴钟宇. 机械工程学报. 2012(10)
[5]基于LIGA技术制作金属微针阵列[J]. 白万青,李以贵,陈翔. 微纳电子技术. 2012(02)
[6]基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展[J]. 王素华,吴新跃. 工具技术. 2011(12)
[7]内燃机活塞环陶瓷涂层摩擦性能研究[J]. 熊顺源,万宇杰. 润滑与密封. 2008(10)
[8]摩擦副表面微坑结构的微细电解加工技术研究[J]. 薛宝,曲宁松,李寒松,陈建宁. 电加工与模具. 2008(01)
[9]热喷涂纳米结构涂层的研究进展及在外军舰艇上的应用[J]. 王铀,杨勇. 中国表面工程. 2008(01)
[10]LIGA工艺基础及其发展趋势[J]. 吴广峰,胡鸿胜,朱文坚. 机电工程技术. 2007(12)
博士论文
[1]等离子喷涂层的竞争性失效行为和寿命预测研究[D]. 康嘉杰.中国地质大学（北京） 2013
[2]面向再制造的等离子喷涂层接触疲劳行为及寿命评估研究[D]. 朴钟宇.燕山大学 2010
硕士论文
[1]高速动车组车轮踏面滚动接触疲劳的萌生机理研究[D]. 卢纯.西南交通大学 2015
[2]织构化硅片表面的摩擦学行为研究[D]. 刘舒鹏.北京理工大学 2015
[3]激光制备多晶硅太阳电池表面织构的研究[D]. 张卫红.沈阳理工大学 2015
[4]表面微凹坑阵列对流体动压润滑性能的影响[D]. 张恩阳.南京航空航天大学 2013
[5]钛合金表面织构的光纤激光加工实验研究[D]. 刘志勇.中南大学 2012
[6]圆柱内表面电解加工微小凹坑阵列技术研究[D]. 宫超林.南京航空航天大学 2012
[7]Ti6Al4V表面激光织构化及其摩擦学特性研究[D]. 沙东.大连海事大学 2011
[8]沟槽型表面织构的摩擦特性研究[D]. 袁思欢.南京航空航天大学 2011
[9]基于光纤聚焦的激光表面织构加工及其摩擦学行为研究[D]. 周一倩.清华大学 2009
[10]激光表面微造型在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究[D]. 袁春俭.江苏大学 2008
本文编号：3186794
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 轮轨的滚动接触疲劳失效
1.1.1 轮轨滚动接触疲劳产生的原因
1.1.2 轮轨滚动接触理论发展
1.2 表面织构加工技术研究现状
1.2.1 光学表面加工方法
1.2.2 机械表面加工方法
1.2.3 化学表面加工方法
1.3 研究内容
2 实验内容与方案
2.1 实验方案的确定
2.1.1 实验因素
2.1.2 实验材料
2.2 喷涂层试样的制备
2.3 激光表面织构化处理
2.4 滚动接触疲劳试验
2.5 织构化喷涂层组织结构的表征方法
2.5.1 三维形貌测量仪
2.5.2 扫描电子显微镜(SEM)
2.5.3 织构化喷涂层的表面完整性
3 激光表面织构化及表征
3.1 激光表面织构化加工及设计
3.2 激光表面织构化形貌
3.3 激光加工试样的表面完整性变化
3.3.1 试样的硬度变化
3.3.2 试样的粗糙度变化
3.4 本章小结
4 凹坑织构参数对于接触疲劳性能的影响
4.1 引言
4.2 凹坑直径对于工件表面的影响
4.2.1 凹坑直径对于工件表面接触疲劳寿命的影响
4.2.2 凹坑直径对于工件疲劳损伤的影响
4.2.3 凹坑直径对于疲劳试验中润滑油的影响
4.3 凹坑密度对于工件表面的影响
4.3.1 凹坑密度对于滚动接触疲劳寿命的影响
4.3.2 凹坑密度对于工件疲劳损伤的影响
4.3.3 粗糙度对于滚动接触疲劳性能的影响
4.3.4 凹坑密度对于疲劳试验中润滑油的影响
4.4 本章小结
5 负载条件对于接触疲劳裂纹性能的影响
5.1 引言
5.2 试验转速对于工件表面的影响
5.2.1 转速对于滚动接触疲劳寿命的影响
5.2.2 转速对于工件疲劳损伤的影响
5.2.3 转速对疲劳试验振动信号的影响
5.3 试验载荷对于工件的影响
5.3.1 载荷对于滚动接触疲劳寿命的影响
5.3.2 载荷对于工件疲劳损伤的影响
5.3.3 载荷对于疲劳试验中振动信号的影响
5.4 本章小结
6 结论
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛合金表面微结构激光加工及参数优化[J]. 门博,万熠,张蕊,张东,刘超. 工具技术. 2015(01)
[2]表面完整性对涂层滚动接触疲劳寿命影响的研究进展[J]. 崔华威,崔秀芳,王海斗,邢志国,金国. 金属热处理. 2014(11)
[3]激光表面织构化对45#钢干摩擦特性的影响[J]. 王斌,常秋英,齐烨. 润滑与密封. 2013(12)
[4]等离子喷涂NiCrBSi涂层接触疲劳过程中残余应力变化规律研究[J]. 李国禄,王韶云,王海斗,刘金海,朴钟宇. 机械工程学报. 2012(10)
[5]基于LIGA技术制作金属微针阵列[J]. 白万青,李以贵,陈翔. 微纳电子技术. 2012(02)
[6]基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展[J]. 王素华,吴新跃. 工具技术. 2011(12)
[7]内燃机活塞环陶瓷涂层摩擦性能研究[J]. 熊顺源,万宇杰. 润滑与密封. 2008(10)
[8]摩擦副表面微坑结构的微细电解加工技术研究[J]. 薛宝,曲宁松,李寒松,陈建宁. 电加工与模具. 2008(01)
[9]热喷涂纳米结构涂层的研究进展及在外军舰艇上的应用[J]. 王铀,杨勇. 中国表面工程. 2008(01)
[10]LIGA工艺基础及其发展趋势[J]. 吴广峰,胡鸿胜,朱文坚. 机电工程技术. 2007(12)
博士论文
[1]等离子喷涂层的竞争性失效行为和寿命预测研究[D]. 康嘉杰.中国地质大学（北京） 2013
[2]面向再制造的等离子喷涂层接触疲劳行为及寿命评估研究[D]. 朴钟宇.燕山大学 2010
硕士论文
[1]高速动车组车轮踏面滚动接触疲劳的萌生机理研究[D]. 卢纯.西南交通大学 2015
[2]织构化硅片表面的摩擦学行为研究[D]. 刘舒鹏.北京理工大学 2015
[3]激光制备多晶硅太阳电池表面织构的研究[D]. 张卫红.沈阳理工大学 2015
[4]表面微凹坑阵列对流体动压润滑性能的影响[D]. 张恩阳.南京航空航天大学 2013
[5]钛合金表面织构的光纤激光加工实验研究[D]. 刘志勇.中南大学 2012
[6]圆柱内表面电解加工微小凹坑阵列技术研究[D]. 宫超林.南京航空航天大学 2012
[7]Ti6Al4V表面激光织构化及其摩擦学特性研究[D]. 沙东.大连海事大学 2011
[8]沟槽型表面织构的摩擦特性研究[D]. 袁思欢.南京航空航天大学 2011
[9]基于光纤聚焦的激光表面织构加工及其摩擦学行为研究[D]. 周一倩.清华大学 2009
[10]激光表面微造型在干摩擦条件下的摩擦磨损性能研究[D]. 袁春俭.江苏大学 2008
本文编号：3186794
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