形态耦元、特征量对U71Mn钢疲劳磨损性能的影响

发布时间：2017-10-08 13:05

  本文关键词：形态耦元、特征量对U71Mn钢疲劳磨损性能的影响

  更多相关文章： 仿生耦合 激光熔凝 形态耦元 单元体间距

【摘要】：钢轨作为铁路运输系统中的重要组成部件，其质量和性能直接影响铁路运输的安全和效率，随着我国铁路系统的逐渐提速以及高铁的迅猛发展，发生在铁路轨道系统中的疲劳磨损失效越来越严重，为降低铁路运营的成本，保证列车的行车安全，我们理应对钢轨的疲劳磨损及其相关问题进行深入的研究。根据以往的实验结果，通过激光仿生熔凝技术强化材料表面，使其形成单元体与基体软硬相间的仿生耦合结构，研究当单元体的截面形态和单元体形状发生变化时，仿生试样疲劳磨损性能的改变，以及相同的形态耦元时，，单元体间距的变化对仿生试样疲劳磨损性能的影响。 研究结果表明：激光熔凝加工仿生试样过程中，单元体熔池快速冷却自淬火形成位错密度极高的马氏体组织，其抗塑性变形能力强并能阻碍疲劳裂纹的扩展，而且由于单元体的存在会使仿生试样内的应力向单元体处集中，从而减小基体处承担的应力值，降低基体处的疲劳损伤程度，因此仿生耦合试样的抗疲劳磨损能力大幅提高。 单元体的截面形态中的深度是影响仿生试样的抗疲劳磨损性能的主要因素，当仿生试样单元体的深度增大时，材料的耐磨损性能趋向于增强。具有网格状单元体的仿生试样的抗拉强度和屈服强度均大于条纹状、点状单元体的仿生试样，且由于仿生试样表面单位面积内单元体所占的比例越大时，单元体处应力集中的程度越高，相应的其基体处承担的应力越小，因此网格状单元体的仿生试样疲劳磨损后的失重量最小，点蚀程度最轻，对材料抗疲劳磨损性能的提高作用最大。当仿生试样的形态耦元相同时，仿生试样的抗疲劳磨损性能随单元体间距的减小呈先增强后减弱的趋势，在期间存在一个最优值，即当仿生试样表面单元体的横向间距为5mm、纵向间距为4mm时，仿生试样具有最优的耐磨损性能，当大于或小于此最优值时，试样的抗疲劳磨损能力会有所降低。
【关键词】：仿生耦合 激光熔凝 形态耦元 单元体间距
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 选题目的与意义11-12
• 1.2 钢轨损伤12-23
• 1.2.1 疲劳损伤类型12-15
• 1.2.2 影响钢轨损伤的因素15-19
• 1.2.3 疲劳磨损过程及机理19-23
• 1.3 仿生耦合理论及制备技术23-28
• 1.3.1 仿生学理论23-25
• 1.3.2 仿生耦合理论及其制备技术25-26
• 1.3.3 仿生耦合在疲劳磨损研究中的应用26-28
• 1.4 研究内容28-31
• 第二章 实验方法31-37
• 2.1 实验材料31
• 2.2 激光仿生耦合试样的制备31-34
• 2.2.1 仿生耦合单元体及其生物模型31-32
• 2.2.2 仿生耦合试样尺寸32-33
• 2.2.3 激光加工制备系统33-34
• 2.3 疲劳磨损实验34
• 2.4 拉伸试验34-35
• 2.5 微观分析与检测35-37
• 2.5.1 显微组织分析35
• 2.5.2 显微硬度分析35
• 2.5.3 物相分析35
• 2.5.4 磨损失重量测量35
• 2.5.5 磨损形貌分析35-36
• 2.5.6 有限元分析36-37
• 第三章 单元体截面形态对 U71Mn 钢疲劳磨损性能的影响37-55
• 3.1 引言37-41
• 3.1.1 正交实验方案设计37-38
• 3.1.2 单元体的截面形态38-41
• 3.2 不同单元体截面形态对磨损结果的影响41-44
• 3.2.1 不同单元体截面形态对磨损失重量的影响41-42
• 3.2.2 不同单元体截面形态对磨损形貌的影响42-44
• 3.3 不同截面形态单元体的显微组织分析44-46
• 3.3.1 物相分析44-45
• 3.3.2 组织分析45-46
• 3.4 不同截面形态的单元体的显微硬度46-49
• 3.5 不同截面形态的单元体受力分析模拟49-52
• 3.6 本章小结52-55
• 第四章 单元体形状对 U71Mn 钢疲劳磨损性能的影响55-67
• 4.1 引言55-56
• 4.2 不同单元体形状对疲劳磨损结果的影响56-57
• 4.3 不同的单元体形状对仿生试样拉伸性能的影响57-62
• 4.3.1 单元体形状对拉伸结果的影响57-60
• 4.3.2 仿生耦合试样的强化机理60-62
• 4.4 不同单元体形状的仿生试样的抗疲劳裂纹扩展机制62-64
• 4.5 不同单元体形状试样的应力分布64-65
• 4.6 本章小结65-67
• 第五章 单元体分布间距对 U71Mn 钢疲劳磨损性能的影响67-77
• 5.1 实验方案67-68
• 5.2 不同单元体间距对仿生试样疲劳磨损结果的影响68-71
• 5.2.1 失重量对比68-70
• 5.2.2 磨损形貌对比70-71
• 5.3 不同单元体间距对试样显微组织及硬度的影响71-73
• 5.4 不同单元体间距的仿生试样的受力分析73-76
• 5.4.1 有限元分析模拟73-74
• 5.4.2 受力分析74-76
• 5.5 本章小结76-77
• 第六章 结论77-79
• 参考文献79-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘喜明,邬占田,于长山,赵宇;摩擦磨损中的马氏体相变及其对材料磨损特性的影响[J];金属热处理;1997年03期

2 郑修麟;;屈服强度与疲劳裂纹起始寿命间的关系[J];机械强度;1989年01期

3 金学松,张继业,温泽峰,李芾;轮轨滚动接触疲劳现象分析[J];机械强度;2002年02期

4 韩志武,任露泉,刘祖斌;激光织构仿生非光滑表面抗磨性能研究[J];摩擦学学报;2004年04期

5 王文健,刘启跃;车轮踏面剥离机理研究[J];机械;2004年06期

6 邢旭辉;李正阳;杨明江;占剑;林化强;;CL60车轮材料表面激光离散熔凝的滚动磨损形貌[J];中国激光;2013年03期

7 刘启跃;钢轨的安定状态研究[J];西南交通大学学报;1995年04期

8 刘启跃,张波,周仲荣;铁路钢轨损伤机理研究[J];中国机械工程;2002年18期

9 钟雯;赵雪芹;王文健;刘启跃;;PD3与U71 Mn钢轨疲劳裂纹扩展特性研究[J];中国机械工程;2008年14期

10 史密斯;钢轨滚动接触疲劳的进一步研究[J];中国铁道科学;2002年03期

本文编号：994169