再制造零件界面特性对裂纹扩展行为影响的研究
发布时间：2021-07-10 13:23
再制造工程已经成为当今科学最具有发展前景的技术之一,为目前我国严重资源短缺与环境污染问题提供了一大解决办法。曲轴作为发动机的重要组成元件,由于其具有价格昂贵、结构复杂和附加值高的特点,已成为再制造的主要应用对象。现阶段,曲轴再制造手段主要为电弧喷涂3Cr13,同时界面是整个再制造零件最为薄弱的地方,且弯曲疲劳失效为曲轴的主要失效形式。因此对曲轴疲劳裂纹扩展情况进行分析并研究再制造曲轴在不同的界面特性下的失效模式具有重大意义。本文采用数值模拟与实验相结合的方法,利用喷丸强化方式得到富有残余应力以及粗糙度的界面,确定了喷丸工艺参数与粗糙度和残余应力的关系,研究了热喷涂涂层厚度与界面裂纹扩展的关系,并对再制造零件裂纹扩展行为进行整体研究,探讨了涂覆层内部裂纹、涂层-基体界面裂纹以及基体内部裂纹的扩展行为及其影响因素。得到主要研究结果如下:（1）数值模拟与实验均表明:不同喷丸参数对残余应力以及粗糙度的影响不同,残余压应力随着弹丸直径、弹丸材料、弹丸冲击速度的增大而增大,而随着覆盖率的增大,残余压应力增幅逐渐减小,且材料表面残余压应力随着覆盖率的增大分布更加均匀,金属构件在使用中稳定性提高。同时...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
废旧机电产品Fig.1-1Wastemechanicalandelectronicproducts(a)wasteelectronicproducts;(b)wastecars
图 1-2 曲轴及其失效形式Fig. 1-2 The failure mode of crankshaft再制造曲轴不同于新品，是曲轴在经历“制造—使用—维修—报废”一个完整使用周期后，通过电刷镀、电弧喷涂等表面处理方法对废旧曲轴进行修复，使其足以完成下一个使用周期。由于不同的历史服役状态导致其损伤形式各不相同，并且曲轴本身具有个体差异与复杂性。通过电刷镀、电弧喷涂等工艺对废旧毛坯进行修复过程中，涂覆层不可避免的会出现各种类型的微观缺陷，为保证再制造产品运行的安全性与可靠性，需要对再制造后裂纹扩展的行为进行研究。同时，界面是整个涂层系统最为薄弱的地方，不同的界面特性对裂纹扩展的影响较大，且弯曲疲劳失效为曲轴的主要失效形式。因此对曲轴疲劳裂纹扩展情况进行分析并研究再制造曲轴在不同的界面特性下的失效模式具有重大意义。现阶段，应用于曲轴寿命评估的无损检测技术包括超声检测、金属磁记忆检测和磁粉探伤检测等。受再制造零件毛坯与涂层的异质复合结构局限，再制造零件在存在涂层结构缺陷条件下，辨识及表征基体疲劳裂纹二次服役的关联扩展行为非常困难。如电磁检测技术对再制造涂覆层与基体材料具有选择性，再制造涂覆层的非均匀结构急剧降低其检测精度，难以发现涂覆层皮下缺陷【3】；超声波检测时受喷涂层多孔疏松结构影响，衰减严重，
1 绪论涂层厚度对界面裂纹扩展行为的影响，并且利用实验确性。种较为常用的喷涂方法，其主要是将两根彼此不导电弧将金属丝熔化，并通过压缩气流使融熔的金属喷层，如图 1-3 所示【7】。该技术广泛应用于金属构件耐修等。电弧喷涂系统一般由提供能量的电源、专用统组成，如图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩展有限元法在裂纹扩展问题中的应用[J]. 底月兰,王海斗,董丽虹,邢志国,王晓丽. 材料导报. 2017(03)
[2]2024铝合金随机多弹丸喷丸后残余应力场的有限元模拟[J]. 张少波,布紫叶. 机械工程材料. 2016(07)
[3]基于改进J-C模型的42CrMo钢动态本构关系研究[J]. 卢也森,朱志武,谢奇峻. 四川理工学院学报(自然科学版). 2016(03)
[4]发动机曲轴失效分析[J]. 王凡,闫世春,孙远东,刘素芬,温铁丽,黎鑫,于宏. 金属热处理. 2015(12)
[5]超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及断裂机理[J]. 周夏凉,陈小明,吴燕明,伏利,王莉容,马红海. 机械工程材料. 2015(10)
[6]42CrMo钢的等温淬火和回火[J]. 文超,董雯,梁会雷,孙铭炎. 金属热处理. 2014(12)
[7]界面粗糙度对热障涂层残余应力和裂纹演化的影响[J]. 王力彬,于庆民. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[8]金属内部裂纹的超声衰减特性与近表面缺陷识别[J]. 肖会芳,徐金梧,何飞,黎敏. 北京科技大学学报. 2014(06)
[9]基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟[J]. 刁浩峰,周迅,陈大为,吴飞. 浙江理工大学学报. 2014(05)
[10]300M钢喷丸强化残余应力场的数值模拟[J]. 卢国鑫,宋颖刚,王仁智,王强,王欣. 中国表面工程. 2013(04)
博士论文
[1]SiC涂层缺陷的脉冲红外热波无损检测关键技术研究[D]. 唐庆菊.哈尔滨工业大学 2014
[2]民用飞机结构件腐蚀损伤条件下喷丸强化机理研究[D]. 盛湘飞.华南理工大学 2014
[3]界面断裂韧性与膜基结合性能关系的研究[D]. 聂璞林.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]基于多信息融合的再制造零件损伤监测与寿命预测基础研究[D]. 姚中博.河北工业大学 2015
本文编号：3275993
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
废旧机电产品Fig.1-1Wastemechanicalandelectronicproducts(a)wasteelectronicproducts;(b)wastecars
图 1-2 曲轴及其失效形式Fig. 1-2 The failure mode of crankshaft再制造曲轴不同于新品，是曲轴在经历“制造—使用—维修—报废”一个完整使用周期后，通过电刷镀、电弧喷涂等表面处理方法对废旧曲轴进行修复，使其足以完成下一个使用周期。由于不同的历史服役状态导致其损伤形式各不相同，并且曲轴本身具有个体差异与复杂性。通过电刷镀、电弧喷涂等工艺对废旧毛坯进行修复过程中，涂覆层不可避免的会出现各种类型的微观缺陷，为保证再制造产品运行的安全性与可靠性，需要对再制造后裂纹扩展的行为进行研究。同时，界面是整个涂层系统最为薄弱的地方，不同的界面特性对裂纹扩展的影响较大，且弯曲疲劳失效为曲轴的主要失效形式。因此对曲轴疲劳裂纹扩展情况进行分析并研究再制造曲轴在不同的界面特性下的失效模式具有重大意义。现阶段，应用于曲轴寿命评估的无损检测技术包括超声检测、金属磁记忆检测和磁粉探伤检测等。受再制造零件毛坯与涂层的异质复合结构局限，再制造零件在存在涂层结构缺陷条件下，辨识及表征基体疲劳裂纹二次服役的关联扩展行为非常困难。如电磁检测技术对再制造涂覆层与基体材料具有选择性，再制造涂覆层的非均匀结构急剧降低其检测精度，难以发现涂覆层皮下缺陷【3】；超声波检测时受喷涂层多孔疏松结构影响，衰减严重，
1 绪论涂层厚度对界面裂纹扩展行为的影响，并且利用实验确性。种较为常用的喷涂方法，其主要是将两根彼此不导电弧将金属丝熔化，并通过压缩气流使融熔的金属喷层，如图 1-3 所示【7】。该技术广泛应用于金属构件耐修等。电弧喷涂系统一般由提供能量的电源、专用统组成，如图 1-4 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]扩展有限元法在裂纹扩展问题中的应用[J]. 底月兰,王海斗,董丽虹,邢志国,王晓丽. 材料导报. 2017(03)
[2]2024铝合金随机多弹丸喷丸后残余应力场的有限元模拟[J]. 张少波,布紫叶. 机械工程材料. 2016(07)
[3]基于改进J-C模型的42CrMo钢动态本构关系研究[J]. 卢也森,朱志武,谢奇峻. 四川理工学院学报(自然科学版). 2016(03)
[4]发动机曲轴失效分析[J]. 王凡,闫世春,孙远东,刘素芬,温铁丽,黎鑫,于宏. 金属热处理. 2015(12)
[5]超音速火焰喷涂WC-10Co4Cr涂层的力学性能及断裂机理[J]. 周夏凉,陈小明,吴燕明,伏利,王莉容,马红海. 机械工程材料. 2015(10)
[6]42CrMo钢的等温淬火和回火[J]. 文超,董雯,梁会雷,孙铭炎. 金属热处理. 2014(12)
[7]界面粗糙度对热障涂层残余应力和裂纹演化的影响[J]. 王力彬,于庆民. 稀有金属材料与工程. 2014(12)
[8]金属内部裂纹的超声衰减特性与近表面缺陷识别[J]. 肖会芳,徐金梧,何飞,黎敏. 北京科技大学学报. 2014(06)
[9]基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟[J]. 刁浩峰,周迅,陈大为,吴飞. 浙江理工大学学报. 2014(05)
[10]300M钢喷丸强化残余应力场的数值模拟[J]. 卢国鑫,宋颖刚,王仁智,王强,王欣. 中国表面工程. 2013(04)
博士论文
[1]SiC涂层缺陷的脉冲红外热波无损检测关键技术研究[D]. 唐庆菊.哈尔滨工业大学 2014
[2]民用飞机结构件腐蚀损伤条件下喷丸强化机理研究[D]. 盛湘飞.华南理工大学 2014
[3]界面断裂韧性与膜基结合性能关系的研究[D]. 聂璞林.上海交通大学 2009
硕士论文
[1]基于多信息融合的再制造零件损伤监测与寿命预测基础研究[D]. 姚中博.河北工业大学 2015
本文编号：3275993
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