激光微织构对硼磷合金铸铁缸套摩擦学性能的影响研究
发布时间：2021-11-19 16:36
柴油机中存在着型式多种多样的摩擦副种类,其中缸套-活塞环摩擦副是柴油机最重要的组成部分之一。缸套和活塞环摩擦副因为摩擦磨损所造成的能量损失占总体机械造成损失的40%以上,其表面摩擦学行为对柴油机工作的性能和效率,以及经济性,稳定性,污染排放和使用寿命有着十分重要的影响。随着柴油机向节能减排和高指标的方向发展,对缸套-活塞环摩擦副的摩擦学性能提出了更高的设计要求。激光微织构加工技术不仅具有有效改善摩擦副的摩擦学性能的优点,并且在加工过程中还具有加工效率高,精度高,污染小等优点,因此受到了广泛的关注。本文采用Nd:YAG激光器对硼磷合金铸铁缸套试样表面进行激光织构处理,研究了不同激光织构参数对缸套-活塞环摩擦副不同工况条件下的摩擦学性能规律。通过计算得出了硼磷合金铸铁材料的激光烧蚀阈值,在此基础上实验研究了激光脉冲次数,能量密度和离焦量对微坑几何形貌的影响规律。优化激光参数设计,在硼磷合金铸铁缸套表面加工出了具备不同几何形貌（包括直径,深度,角度和面积占有率）的织构试样;采用对置往复式摩擦磨损试验机,研究不同织构几何形貌参数的富油摩擦磨损性能和贫油抗拉缸性能。通过对摩损试样的表面微观形貌进...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１气缸套??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃｙｌｉｎｄｅｒ?ｌｉｎｅｒ??－１０－??
?大连海事大学硕士学位论文???环切割成试样，具体的切割方案如图２．５所示，沿活塞环的圆周方向每隔１８°切割一次，??切割得到扇形的活塞环试样，进而等分２０份。然后将所有切割后的试样分别放在汽油??和酒精中用超声波各清洗两次，每次２０?ｍｉｎ，最后用吹风机进行吹干备用。??０．０?Ｏ．Ｓ?１．０?１．Ｂ?２．０?２ｏｏｒｎ?ｎｏｔ?ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｉ！??ｉ?ｓ??５?Ｉ??５?ｌ?Ｉ?：ｓ??Ｉ?Ｊ??ＪＬ?＾??５?＾?＿??３?Ｖ?％??１５??０．０?Ｏ．Ｓ?１．０?１．８?２．０?２＜Ｓ?３．０?ｍｅｎ??图２．４活塞环桶面结构??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃａｓｔ?ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ?ｂａｒｒｅｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??ｒ＼??图２．５活塞环试样切割方案??Ｆｉｇ．?２．５?Ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ?ｓａｍｐｌｅ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｐｌａｎ??图２．６是喷钼活塞环的表面微观形貌，可以看出活塞环的涂层表面相对粗糙，甚至还??存在着微小的凹坑。图２．７是喷钼活塞环的截面组织形貌及涂层成分能谱分析结果，由图??可以看出活塞环的喷钼层厚度大约２００（ａｍ，涂层和基体存在十分明显的分界面，涂层中??还存在一些孔洞。喷钼层是由深色和浅色两种组织构成，由ＥＤＳ能谱分析可以知道，深??色组织主要含有Ｍｏ，?Ｎｉ，＆元素，而浅色组织主要只含有Ｍｏ元素。喷钼活塞环表层存??在的镍铬合金能够起到增强耐磨性的作用，在高温下还存在着自润滑的特性。喷钼活塞??环表面的维氏硬度为５３５ＨＶｃｕ。??－１２－??
?大连海事大学硕士学位论文???２．２实验仪器及设备??２．?２．?１激光加工实验系统??本实验选用自主搭建的激光加工实验系统，其系统的设计原理如图２．８所示：整个激??光加工实验系统由激光系统，控制系统，光路系统，机械系统四个部分组成。激光加工??实验系统的工作原理就是由控制系统同时对激光系统和机械系统进行控制，从而能够使??系统中的激光器和电动平移台同步运行。激光发出激光，经过光路系统最后聚焦在电??动平移台上的试样表面，同时电动平移台的Ｘ－Ｙ轴可以带动试样的水平运动，Ｚ轴可以??调控试样在激光的焦点位置。从而能够实现激光加工实验系统的自动化运行。??激光器是激光加工实验系统最主要的组成部分，本实验选用的是中国科学院力学研??究所设计生产的水冷固体激光器，工作介质为Ｎｄ：?ＹＡＧ，其工作参数如表２．３所示。????扩束渲?＆全反渲???￣？瀲光器??冷却器??Ｉ繫焦植?Ｉ??Ｉ—１—１￣｜?｜?Ｉ??激光参数?Ｉ?Ｉ?」??控‘制系统????＿＿Ｉ?Ｉ＿??Ｉ?澉光参数?Ｉ电ｆ平５台??＋?设昔?Ｉ————Ｉ?ｎ??ｆｔｉｓｉｉｌ?Ｉ?Ｉ?二?运动控制??＿＿＿｜?计算机?——ｙ??Ｉ????—Ｉ?????图２．８激光加工实验系统示意图??Ｆｉｇ．?２．８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??－１４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]三角沟槽形织构化硬质合金工作表面动压润滑及减摩特性[J]. 鹿重阳,杨学锋,王守仁,王砚军,吴元博,陈海龙. 摩擦学学报. 2018(05)
[2]微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律[J]. 金梅,韩晓光,沈岩,李承娣,杜凤鸣,徐久军. 中国表面工程. 2017(06)
[3]激光表面织构化对材料摩擦学性能影响的研究进展[J]. 郑晓辉,宋皓,张庆,叶雄,孟令东,谭俊. 材料导报. 2017(17)
[4]同点间隔多次激光微织构工艺研究[J]. 符永宏,刘强宪,叶云霞,华希俊,康正阳,符昊. 中国激光. 2015(12)
[5]DD6镍基单晶合金的纳秒及皮秒激光烧蚀和制孔研究[J]. 纪亮,张晓兵,张伟,孙瑞峰,韩家广. 应用激光. 2014(06)
[6]激光加工硬质合金刀具表面微织构的试验研究[J]. 苏永生,李亮,何宁,赵威. 中国激光. 2014(06)
[7]表面氮化对活塞环摩擦磨损参数的影响分析[J]. 蒋安,王忠,胡敏. 机械设计与制造. 2013(08)
[8]飞秒激光微孔加工[J]. 夏博,姜澜,王素梅,闫雪亮,刘鹏军. 中国激光. 2013(02)
[9]Ti6Al4V表面激光织构化及其干摩擦特性研究[J]. 连峰,张会臣,庞连云. 润滑与密封. 2011(09)
[10]表面喷涂技术在内燃机缸套上的应用[J]. 李福村,孙宏飞,燕友增,高鹏. 现代制造技术与装备. 2011(01)
博士论文
[1]柴油机关键摩擦副的摩擦润滑性能研究[D]. 刘娜.山东大学 2012
硕士论文
[1]飞秒激光加工的轴承钢表面微织构润滑减摩特性研究[D]. 何江涛.哈尔滨工业大学 2017
[2]脉冲激光表面烧蚀微织构工艺与激光器系统研究[D]. 刘强宪.江苏大学 2016
[3]表面织构化活塞环/缸套摩擦学性能仿真及试验研究[D]. 王斌.北京交通大学 2014
[4]基于仿生微织构的刀具减摩性能研究[D]. 邵世超.合肥工业大学 2013
[5]活塞环—气缸套摩擦磨损试验机研究[D]. 李维山.华南理工大学 2011
[6]飞秒激光烧蚀金属的理论与试验研究[D]. 吴雪峰.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3505438
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１气缸套??Ｆｉｇ．?２．１?Ｃｙｌｉｎｄｅｒ?ｌｉｎｅｒ??－１０－??
?大连海事大学硕士学位论文???环切割成试样，具体的切割方案如图２．５所示，沿活塞环的圆周方向每隔１８°切割一次，??切割得到扇形的活塞环试样，进而等分２０份。然后将所有切割后的试样分别放在汽油??和酒精中用超声波各清洗两次，每次２０?ｍｉｎ，最后用吹风机进行吹干备用。??０．０?Ｏ．Ｓ?１．０?１．Ｂ?２．０?２ｏｏｒｎ?ｎｏｔ?ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｉ！??ｉ?ｓ??５?Ｉ??５?ｌ?Ｉ?：ｓ??Ｉ?Ｊ??ＪＬ?＾??５?＾?＿??３?Ｖ?％??１５??０．０?Ｏ．Ｓ?１．０?１．８?２．０?２＜Ｓ?３．０?ｍｅｎ??图２．４活塞环桶面结构??Ｆｉｇ．?２．４?Ｃａｓｔ?ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ?ｂａｒｒｅｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??ｒ＼??图２．５活塞环试样切割方案??Ｆｉｇ．?２．５?Ｐｉｓｔｏｎ?ｒｉｎｇ?ｓａｍｐｌｅ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｐｌａｎ??图２．６是喷钼活塞环的表面微观形貌，可以看出活塞环的涂层表面相对粗糙，甚至还??存在着微小的凹坑。图２．７是喷钼活塞环的截面组织形貌及涂层成分能谱分析结果，由图??可以看出活塞环的喷钼层厚度大约２００（ａｍ，涂层和基体存在十分明显的分界面，涂层中??还存在一些孔洞。喷钼层是由深色和浅色两种组织构成，由ＥＤＳ能谱分析可以知道，深??色组织主要含有Ｍｏ，?Ｎｉ，＆元素，而浅色组织主要只含有Ｍｏ元素。喷钼活塞环表层存??在的镍铬合金能够起到增强耐磨性的作用，在高温下还存在着自润滑的特性。喷钼活塞??环表面的维氏硬度为５３５ＨＶｃｕ。??－１２－??
?大连海事大学硕士学位论文???２．２实验仪器及设备??２．?２．?１激光加工实验系统??本实验选用自主搭建的激光加工实验系统，其系统的设计原理如图２．８所示：整个激??光加工实验系统由激光系统，控制系统，光路系统，机械系统四个部分组成。激光加工??实验系统的工作原理就是由控制系统同时对激光系统和机械系统进行控制，从而能够使??系统中的激光器和电动平移台同步运行。激光发出激光，经过光路系统最后聚焦在电??动平移台上的试样表面，同时电动平移台的Ｘ－Ｙ轴可以带动试样的水平运动，Ｚ轴可以??调控试样在激光的焦点位置。从而能够实现激光加工实验系统的自动化运行。??激光器是激光加工实验系统最主要的组成部分，本实验选用的是中国科学院力学研??究所设计生产的水冷固体激光器，工作介质为Ｎｄ：?ＹＡＧ，其工作参数如表２．３所示。????扩束渲?＆全反渲???￣？瀲光器??冷却器??Ｉ繫焦植?Ｉ??Ｉ—１—１￣｜?｜?Ｉ??激光参数?Ｉ?Ｉ?」??控‘制系统????＿＿Ｉ?Ｉ＿??Ｉ?澉光参数?Ｉ电ｆ平５台??＋?设昔?Ｉ————Ｉ?ｎ??ｆｔｉｓｉｉｌ?Ｉ?Ｉ?二?运动控制??＿＿＿｜?计算机?——ｙ??Ｉ????—Ｉ?????图２．８激光加工实验系统示意图??Ｆｉｇ．?２．８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?ｓｙｓｔｅｍ??－１４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]三角沟槽形织构化硬质合金工作表面动压润滑及减摩特性[J]. 鹿重阳,杨学锋,王守仁,王砚军,吴元博,陈海龙. 摩擦学学报. 2018(05)
[2]微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律[J]. 金梅,韩晓光,沈岩,李承娣,杜凤鸣,徐久军. 中国表面工程. 2017(06)
[3]激光表面织构化对材料摩擦学性能影响的研究进展[J]. 郑晓辉,宋皓,张庆,叶雄,孟令东,谭俊. 材料导报. 2017(17)
[4]同点间隔多次激光微织构工艺研究[J]. 符永宏,刘强宪,叶云霞,华希俊,康正阳,符昊. 中国激光. 2015(12)
[5]DD6镍基单晶合金的纳秒及皮秒激光烧蚀和制孔研究[J]. 纪亮,张晓兵,张伟,孙瑞峰,韩家广. 应用激光. 2014(06)
[6]激光加工硬质合金刀具表面微织构的试验研究[J]. 苏永生,李亮,何宁,赵威. 中国激光. 2014(06)
[7]表面氮化对活塞环摩擦磨损参数的影响分析[J]. 蒋安,王忠,胡敏. 机械设计与制造. 2013(08)
[8]飞秒激光微孔加工[J]. 夏博,姜澜,王素梅,闫雪亮,刘鹏军. 中国激光. 2013(02)
[9]Ti6Al4V表面激光织构化及其干摩擦特性研究[J]. 连峰,张会臣,庞连云. 润滑与密封. 2011(09)
[10]表面喷涂技术在内燃机缸套上的应用[J]. 李福村,孙宏飞,燕友增,高鹏. 现代制造技术与装备. 2011(01)
博士论文
[1]柴油机关键摩擦副的摩擦润滑性能研究[D]. 刘娜.山东大学 2012
硕士论文
[1]飞秒激光加工的轴承钢表面微织构润滑减摩特性研究[D]. 何江涛.哈尔滨工业大学 2017
[2]脉冲激光表面烧蚀微织构工艺与激光器系统研究[D]. 刘强宪.江苏大学 2016
[3]表面织构化活塞环/缸套摩擦学性能仿真及试验研究[D]. 王斌.北京交通大学 2014
[4]基于仿生微织构的刀具减摩性能研究[D]. 邵世超.合肥工业大学 2013
[5]活塞环—气缸套摩擦磨损试验机研究[D]. 李维山.华南理工大学 2011
[6]飞秒激光烧蚀金属的理论与试验研究[D]. 吴雪峰.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3505438
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