球墨铸铁制动盘热疲劳裂纹的激光仿生修复研究
发布时间：2022-10-09 15:57
球墨铸铁因具有良好的耐磨性、导热性和铸造性能而被广泛应用于列车制动盘的制造。制动盘是列车制动系统的重要组成部件,车辆制动时,制动盘与摩擦衬块之间发生剧烈摩擦,列车的动能被转化为热能,制动盘温度升高,待制动结束后又恢复常温状态。因此在制动盘服役期间,其温度会不可避免地发生升高-降低的交替变化,从而使其长期受到循环热应力的作用,最终在表面产生热疲劳裂纹而导致失效。热疲劳开裂是制动盘失效的主要形式之一,为了保证行车安全不得不对失效制动盘进行更换,由此以来不仅增加了车辆的运维成本,还造成大量的资源浪费。因此,对失效制动盘进行再制造,修复其表面的热疲劳裂纹,延长其使用寿命具有重要意义。然而由于球墨铸铁中存在着较多的石墨,在对裂纹进行重熔弥合后会产生严重的“白口化”现象,此外还极易形成脆硬相和微裂纹,给裂纹的修复造成了极大的困难。传统的修复方法通常是预热后采用焊接工艺对热疲劳裂纹进行修复,尽管可以在一定程度上将热疲劳裂纹愈合,但是依然存在一些不容忽视的问题,例如,修复工艺繁琐、修复成本高、过程复杂、修复周期较长、焊缝热影响区存在残余热应力等等。因此,目前要解决的问题便是探索一种可以有效修复热疲劳裂...
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 制动盘的特点及材料
1.3 球墨铸铁制动盘热疲劳的研究概述
1.3.1 制动盘的热疲劳裂纹
1.3.2 热疲劳裂纹的萌生
1.3.3 热疲劳裂纹的扩展
1.4 热疲劳裂纹的修复
1.4.1 常见的裂纹修复技术及存在的问题
1.4.2 激光修复技术
1.5 耦合仿生学概述
1.5.1 仿生学概述
1.5.2 耦合仿生理论
1.5.3 耦合仿生理论的应用
1.6 课题研究内容
第2章 实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 基体材料
2.1.2 自熔性合金粉末
2.2 实验方案设计
2.3 试样制备
2.3.1 试样的预处理
2.3.2 激光修复设备
2.3.3 激光仿生熔凝修复试样制备
2.3.4 激光仿生熔覆修复试样制备
2.4 拉伸试验
2.5 热疲劳试验
2.6 微观分析与性能测试
2.6.1 单元体的显微组织观察
2.6.2 显微硬度测量
2.6.3 物相组成分析
第3章 热疲劳裂纹的激光熔凝仿生修复研究
3.1 引言
3.2 激光熔凝仿生修复参数设计
3.2.1 正交试验方案设计
3.2.2 正交试验结果分析
3.2.3 试验因素对单元体有效深宽比的影响
3.3 激光能量密度对热疲劳裂纹激光熔凝修复的影响
3.3.1 激光参数设计
3.3.2 单元体的结构与尺寸分析
3.3.3 单元体的显微组织分析
3.3.4 单元体的显微硬度
3.3.5 激光能量密度对试样拉伸性能的影响
3.3.6 激光能量密度对试样热疲劳性能的影响
3.3.7 激光仿生熔凝修复试样抗热疲劳机理分析
3.4 激光能量密度与热疲劳裂纹宽度关系的回归分析
3.4.1 回归方程的建立
3.4.2 激光熔凝修复的局限性
3.5 本章小结
第4章 热疲劳开裂的激光增材仿生修复研究
4.1 引言
4.2 合金粉末的选择
4.3 复合结构单元体的制备
4.4 复合结构单元体的组织与性能
4.4.1 复合结构单元体显微组织与物相分析
4.4.2 复合结构单元体的显微硬度分析
4.5 仿生修复试样的抗热疲劳性能分析
4.5.1 单元体性能对仿生修复试样热疲劳性能的影响
4.5.2 单元体间距对仿生修复试样抗热疲劳性能的影响
4.6 本章小结
第5章 结论
参考文献
作者简介及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]数理统计在数据分析中的应用[J]. 李秀昌,孙健. 教育教学论坛. 2020(08)
[2]选区激光熔化线能量对Inconel718涂层组织结构及性能的影响[J]. 秦翔,杨军,邹德宁,谢燕翔. 材料导报. 2020(04)
[3]高速铣削加工仿生表面的磨损特性分析[J]. 张为,孟帅,张磊. 哈尔滨理工大学学报. 2019(06)
[4]仿生超疏水材料及其在文物保护中的应用综述[J]. 曹颐戬,王聪,王丽琴. 材料导报. 2020(03)
[5]仿生正弦前缘对翼面动态失速的影响[J]. 侯宇飞,李志平. 航空学报. 2020(01)
[6]热处理工艺对金属材料抗疲劳性能影响分析[J]. 廖辉玲. 技术与市场. 2020(01)
[7]新版金属材料常用硬度试验方法标准的解读[J]. 刘波,戴月红. 轴承. 2019(12)
[8]仿生学应用进展与展望[J]. 蓝蓝,房岩,纪丁琪,关琳,孙刚. 科技传播. 2019(22)
[9]激光熔覆技术在高速转子轴修复中的应用研究[J]. 刘钊鹏,顾俊,王健超. 应用激光. 2019(05)
[10]基于单颗粒模型的航发叶片砂带磨削微观仿生锯齿状表面形成及实验[J]. 肖贵坚,贺毅,黄云,李伟,李泉. 航空学报. 2020(07)
博士论文
[1]球墨铸铁件激光增材再制造组织演变规律及性能控制[D]. 李永健.哈尔滨工业大学 2019
[2]时速300km以上高铁制动盘用钢的成分、组织与性能研究[D]. 吴丹.北京科技大学 2018
[3]非均匀磨损失效表面的激光仿生再生技术研究[D]. 隋琦.吉林大学 2018
[4]形态、材料耦元对灰铸铁抗疲劳磨损性能的影响[D]. 陈志凯.吉林大学 2016
[5]基于强脉冲电流金属材料裂纹止裂及愈合技术研究[D]. 于静.大连理工大学 2014
[6]形态、材料耦元对低碳钢拉伸性能的影响[D]. 王传伟.吉林大学 2014
[7]激光仿生耦合处理灰铁材料的疲劳后磨损性能[D]. 张鹏.吉林大学 2014
[8]激光仿生耦合处理铸铁材料的抗热疲劳性能研究[D]. 佟鑫.吉林大学 2009
硕士论文
[1]基于多元耦合仿生理论的铝合金抗污自清洁表面的制备[D]. 娄广军.山东理工大学 2019
[2]铸铁制动盘仿生表面的激光熔覆制备研究[D]. 朱旭.吉林大学 2017
本文编号：3688932
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究目的与意义
1.2 制动盘的特点及材料
1.3 球墨铸铁制动盘热疲劳的研究概述
1.3.1 制动盘的热疲劳裂纹
1.3.2 热疲劳裂纹的萌生
1.3.3 热疲劳裂纹的扩展
1.4 热疲劳裂纹的修复
1.4.1 常见的裂纹修复技术及存在的问题
1.4.2 激光修复技术
1.5 耦合仿生学概述
1.5.1 仿生学概述
1.5.2 耦合仿生理论
1.5.3 耦合仿生理论的应用
1.6 课题研究内容
第2章 实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 基体材料
2.1.2 自熔性合金粉末
2.2 实验方案设计
2.3 试样制备
2.3.1 试样的预处理
2.3.2 激光修复设备
2.3.3 激光仿生熔凝修复试样制备
2.3.4 激光仿生熔覆修复试样制备
2.4 拉伸试验
2.5 热疲劳试验
2.6 微观分析与性能测试
2.6.1 单元体的显微组织观察
2.6.2 显微硬度测量
2.6.3 物相组成分析
第3章 热疲劳裂纹的激光熔凝仿生修复研究
3.1 引言
3.2 激光熔凝仿生修复参数设计
3.2.1 正交试验方案设计
3.2.2 正交试验结果分析
3.2.3 试验因素对单元体有效深宽比的影响
3.3 激光能量密度对热疲劳裂纹激光熔凝修复的影响
3.3.1 激光参数设计
3.3.2 单元体的结构与尺寸分析
3.3.3 单元体的显微组织分析
3.3.4 单元体的显微硬度
3.3.5 激光能量密度对试样拉伸性能的影响
3.3.6 激光能量密度对试样热疲劳性能的影响
3.3.7 激光仿生熔凝修复试样抗热疲劳机理分析
3.4 激光能量密度与热疲劳裂纹宽度关系的回归分析
3.4.1 回归方程的建立
3.4.2 激光熔凝修复的局限性
3.5 本章小结
第4章 热疲劳开裂的激光增材仿生修复研究
4.1 引言
4.2 合金粉末的选择
4.3 复合结构单元体的制备
4.4 复合结构单元体的组织与性能
4.4.1 复合结构单元体显微组织与物相分析
4.4.2 复合结构单元体的显微硬度分析
4.5 仿生修复试样的抗热疲劳性能分析
4.5.1 单元体性能对仿生修复试样热疲劳性能的影响
4.5.2 单元体间距对仿生修复试样抗热疲劳性能的影响
4.6 本章小结
第5章 结论
参考文献
作者简介及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]数理统计在数据分析中的应用[J]. 李秀昌,孙健. 教育教学论坛. 2020(08)
[2]选区激光熔化线能量对Inconel718涂层组织结构及性能的影响[J]. 秦翔,杨军,邹德宁,谢燕翔. 材料导报. 2020(04)
[3]高速铣削加工仿生表面的磨损特性分析[J]. 张为,孟帅,张磊. 哈尔滨理工大学学报. 2019(06)
[4]仿生超疏水材料及其在文物保护中的应用综述[J]. 曹颐戬,王聪,王丽琴. 材料导报. 2020(03)
[5]仿生正弦前缘对翼面动态失速的影响[J]. 侯宇飞,李志平. 航空学报. 2020(01)
[6]热处理工艺对金属材料抗疲劳性能影响分析[J]. 廖辉玲. 技术与市场. 2020(01)
[7]新版金属材料常用硬度试验方法标准的解读[J]. 刘波,戴月红. 轴承. 2019(12)
[8]仿生学应用进展与展望[J]. 蓝蓝,房岩,纪丁琪,关琳,孙刚. 科技传播. 2019(22)
[9]激光熔覆技术在高速转子轴修复中的应用研究[J]. 刘钊鹏,顾俊,王健超. 应用激光. 2019(05)
[10]基于单颗粒模型的航发叶片砂带磨削微观仿生锯齿状表面形成及实验[J]. 肖贵坚,贺毅,黄云,李伟,李泉. 航空学报. 2020(07)
博士论文
[1]球墨铸铁件激光增材再制造组织演变规律及性能控制[D]. 李永健.哈尔滨工业大学 2019
[2]时速300km以上高铁制动盘用钢的成分、组织与性能研究[D]. 吴丹.北京科技大学 2018
[3]非均匀磨损失效表面的激光仿生再生技术研究[D]. 隋琦.吉林大学 2018
[4]形态、材料耦元对灰铸铁抗疲劳磨损性能的影响[D]. 陈志凯.吉林大学 2016
[5]基于强脉冲电流金属材料裂纹止裂及愈合技术研究[D]. 于静.大连理工大学 2014
[6]形态、材料耦元对低碳钢拉伸性能的影响[D]. 王传伟.吉林大学 2014
[7]激光仿生耦合处理灰铁材料的疲劳后磨损性能[D]. 张鹏.吉林大学 2014
[8]激光仿生耦合处理铸铁材料的抗热疲劳性能研究[D]. 佟鑫.吉林大学 2009
硕士论文
[1]基于多元耦合仿生理论的铝合金抗污自清洁表面的制备[D]. 娄广军.山东理工大学 2019
[2]铸铁制动盘仿生表面的激光熔覆制备研究[D]. 朱旭.吉林大学 2017
本文编号：3688932
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