基于加速退化试验的铸铁缸套耐磨寿命研究
发布时间：2022-01-12 12:01
随着科技制造水平逐步地提升,目前柴油机正在向着高功率密度以及高强化方向不断发展,作为柴油机核心零部件的气缸套的工作环境更加苛刻,磨损倾向增大,因此,有必要对气缸套的耐磨寿命进行预测。气缸套作为长寿命产品,如果进行传统的寿命试验不仅无法较快地获取可靠性数据,而且浪费大量财力物力。针对上述问题,选用合适的加速试验方式和寿命评估方法,不仅可以缩短试验时间、节省试验费用,还可以为气缸套初始设计和制造工艺的改进提供依据。鉴于此,本论文以应用最广泛的合金铸铁缸套为研究对象,开展基于加速退化试验的铸铁缸套耐磨寿命预测研究。论文的主要内容如下:（1）基于合金铸铁缸套加速退化数据的可靠性建模理论分析。分析了合金铸铁缸套的磨损机理及过程,确定合金铸铁缸套性能退化参数及测量方法,在此基础上对加速退化模型及寿命分布模型进行了分类比较,为合金铸铁缸套耐磨寿命预测奠定基础。（2）合金铸铁缸套加速退化试验研究。针对合金铸铁缸套工况特点对其进行磨损影响因素分析,选取载荷作为加速应力,采用往复式摩擦磨损试验机进行预试验,通过对预试验磨损试样进行形貌分析,发现在30MPa、40MPa和50MPa应力条件下合金铸铁缸套磨损...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１低速船用柴油机的平均有效压力变化趋势??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｍｅａｎ?ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｏｆ?ｌｏｗ?ｓｐｅｅｄ?ｍａｒｉｎｅ?ｅｎｇｉｎｅ??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???Ｗ??较软材料??较硬材料??枯苕点形成?粘着点破坏??图２．３?Ａｒｃｈａｒｄ磨损模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ａｒｃｈａｒｄ?ｗｅａｒ?ｍｏｄｅｌ??２．?１．３合金铸铁缸套磨损失效分析??磨损性能好坏决定了柴油机的工作寿命、机械效率和可靠性。合金铸铁缸套的主要??失效形式是磨损失效。对于磨损的分类有多种方法，目前最常用的分类方法是根据磨损??机理将磨损分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损这四类基本类型，此外还??有微动磨损和冲蚀磨损。??（１）磨粒磨损：接触表面间存在较坚硬的细小颗粒或突起物（如灰尘、磨屑、材料??组织中的硬质凸点、铸件中的夹砂等），在磨擦ｉｉ程中，使得摩擦副材料发生损耗的磨??损现象［４９］。一般分为研磨式、凿削式和划伤式三种类型。磨粒磨损程度主要与配对副材??料的硬度和磨粒的硬度有关。??（２）粘着磨损：摩擦副间产生相对运动时，由于摩擦热的作用使表面发生焊合现象，??互相接触的表面间自身材料从其中一个表面转移到另一表面的现象，叫做粘着磨损。粘??着磨损的表面存在着明显的粘着坑块。根据表面破坏程度可以分为轻微磨损，涂抹，擦??伤，撕裂和咬死等５种情况。??（３）疲劳磨损：摩擦副作滚动或滚动滑动复合摩擦运动时，由于交变载荷的作用，??材料表面发生疲劳而产生材料损失的现象叫做表面疲劳磨损，主要表现为表面的裂纹、??贝壳状或不规则的坑点。疲劳磨损经常发生在滚动轴承，齿轮和凸轮等滚动零件上，主??要分为非扩展性及扩展性这两类疲劳磨损的影响因素主要有摩擦副材料，表面粗糙??度，润滑油粘度和表面硬度。??（４）腐蚀磨损：摩擦副间在发生摩擦运动
速退化试验的铸铁缸套耐磨寿命研究???（６）冲蚀磨损：指零件表面受到松散的流动微粒子的高速冲击时，由于粒子与表面??相互接触并产生相对运动，造成表面材料的损失或出现塑性变形的磨损现象，例如火箭??发动机尾部的喷管受燃气的冲刷，管道中物流对管壁的冲蚀等。??然而，在实际磨损中，几种类型的磨损总是同时存在，并且相互之间具有诱发效应。??缸套－活塞环之间的润滑状态直接影响其磨损形式，通常将气缸套－活塞环磨损形式??大致分为润滑良好的正常磨损形式和处于润滑不良时的异常磨损形式［５１］。图２．４所示为??摩擦副表面接触区域示意图，当润滑状态处于稳定水平时，此时接触面间主要以弹性流??体动压润滑为主，表面微凸体被油膜隔离不发生直接接触，几乎没有磨损发生。当摩擦??副之间处于润滑不良状态时，润滑状态主要以边界润滑状或混合润滑为主，表面间较多??且锋利的微凸体发生直接接触，磨损情况较为严重。??微凸体接触??ａ）流体动压润滑?ｂ）混合润滑或边界润滑??图２．４不同润滑状态下表面微观接触区域??Ｆｉｇ．?２．４?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｉｃｒｏ?ｃｏｎｔａｃｔ?ａｒｅａ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??己采用课题组自制的对置往复式摩擦磨损试验机［５２］对ＣｕＣｒＮｉ合金铸铁缸套－ＣＫＳ??活塞环配对副进行抗粘着试验。试验结果如图２．５所示，图中可以观察到左侧异常磨损??（拉缸）区域和右侧正常磨损区域的微观磨损形貌及对应表面成分分析结果。左侧异常??磨损区域的基体塑性变形极其严重，有明显的犁沟及粘着脱落痕迹，珩磨纹结构完全消??失；正常磨损区域则磨损较轻，珩磨纹清晰可见。对各区域能谱图（Ｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向实车使用的重载柴油机寿命损耗机理[J]. 何星,杨绍卿,章凯,姜贵文. 科学技术与工程. 2018(14)
[2]FeNi合金镀铁缸套的摩擦磨损性能[J]. 金梅,韩晓光,董文仲,沈岩,朱峰,徐久军. 中国表面工程. 2016(05)
[3]金属磨损试验及测量方法[J]. 范秋涛,翁榕,陈晓慧. 环境技术. 2015(01)
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博士论文
[1]微坑织构复合MoS2的合金镀铁缸套摩擦行为研究[D]. 金梅.大连海事大学 2018
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[4]电连接器步进应力加速退化试验技术的研究[D]. 刘娟.浙江大学 2013
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[6]高可靠长寿命产品可靠性技术研究[D]. 邓爱民.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]光栅编码器可靠性试验装置研制[D]. 周欣达.吉林大学 2018
[2]圆形微织构对缸套抗拉缸性能影响规律研究[D]. 李斌.大连海事大学 2018
[3]基于性能退化的加速寿命试验方法研究[D]. 叶朋峰.南京理工大学 2016
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[5]空间环境下滤波减速器的加速寿命试验研究[D]. 曹宏.电子科技大学 2014
[6]基于Gamma过程的关节轴承加速可靠性验证方法[D]. 鲁相.国防科学技术大学 2013
[7]镀铬缸套摩擦磨损性能研究[D]. 金梅.大连海事大学 2012
[8]对置往复式摩擦磨损试验机研制及其试验[D]. 朱峰.大连海事大学 2011
本文编号：3584737
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１低速船用柴油机的平均有效压力变化趋势??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｒｅｎｄ?ｏｆ?ｍｅａｎ?ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｏｆ?ｌｏｗ?ｓｐｅｅｄ?ｍａｒｉｎｅ?ｅｎｇｉｎｅ??
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???Ｗ??较软材料??较硬材料??枯苕点形成?粘着点破坏??图２．３?Ａｒｃｈａｒｄ磨损模型??Ｆｉｇ．?２．３?Ａｒｃｈａｒｄ?ｗｅａｒ?ｍｏｄｅｌ??２．?１．３合金铸铁缸套磨损失效分析??磨损性能好坏决定了柴油机的工作寿命、机械效率和可靠性。合金铸铁缸套的主要??失效形式是磨损失效。对于磨损的分类有多种方法，目前最常用的分类方法是根据磨损??机理将磨损分为：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损这四类基本类型，此外还??有微动磨损和冲蚀磨损。??（１）磨粒磨损：接触表面间存在较坚硬的细小颗粒或突起物（如灰尘、磨屑、材料??组织中的硬质凸点、铸件中的夹砂等），在磨擦ｉｉ程中，使得摩擦副材料发生损耗的磨??损现象［４９］。一般分为研磨式、凿削式和划伤式三种类型。磨粒磨损程度主要与配对副材??料的硬度和磨粒的硬度有关。??（２）粘着磨损：摩擦副间产生相对运动时，由于摩擦热的作用使表面发生焊合现象，??互相接触的表面间自身材料从其中一个表面转移到另一表面的现象，叫做粘着磨损。粘??着磨损的表面存在着明显的粘着坑块。根据表面破坏程度可以分为轻微磨损，涂抹，擦??伤，撕裂和咬死等５种情况。??（３）疲劳磨损：摩擦副作滚动或滚动滑动复合摩擦运动时，由于交变载荷的作用，??材料表面发生疲劳而产生材料损失的现象叫做表面疲劳磨损，主要表现为表面的裂纹、??贝壳状或不规则的坑点。疲劳磨损经常发生在滚动轴承，齿轮和凸轮等滚动零件上，主??要分为非扩展性及扩展性这两类疲劳磨损的影响因素主要有摩擦副材料，表面粗糙??度，润滑油粘度和表面硬度。??（４）腐蚀磨损：摩擦副间在发生摩擦运动
速退化试验的铸铁缸套耐磨寿命研究???（６）冲蚀磨损：指零件表面受到松散的流动微粒子的高速冲击时，由于粒子与表面??相互接触并产生相对运动，造成表面材料的损失或出现塑性变形的磨损现象，例如火箭??发动机尾部的喷管受燃气的冲刷，管道中物流对管壁的冲蚀等。??然而，在实际磨损中，几种类型的磨损总是同时存在，并且相互之间具有诱发效应。??缸套－活塞环之间的润滑状态直接影响其磨损形式，通常将气缸套－活塞环磨损形式??大致分为润滑良好的正常磨损形式和处于润滑不良时的异常磨损形式［５１］。图２．４所示为??摩擦副表面接触区域示意图，当润滑状态处于稳定水平时，此时接触面间主要以弹性流??体动压润滑为主，表面微凸体被油膜隔离不发生直接接触，几乎没有磨损发生。当摩擦??副之间处于润滑不良状态时，润滑状态主要以边界润滑状或混合润滑为主，表面间较多??且锋利的微凸体发生直接接触，磨损情况较为严重。??微凸体接触??ａ）流体动压润滑?ｂ）混合润滑或边界润滑??图２．４不同润滑状态下表面微观接触区域??Ｆｉｇ．?２．４?Ｓｕｒｆａｃｅ?ｍｉｃｒｏ?ｃｏｎｔａｃｔ?ａｒｅａ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ??己采用课题组自制的对置往复式摩擦磨损试验机［５２］对ＣｕＣｒＮｉ合金铸铁缸套－ＣＫＳ??活塞环配对副进行抗粘着试验。试验结果如图２．５所示，图中可以观察到左侧异常磨损??（拉缸）区域和右侧正常磨损区域的微观磨损形貌及对应表面成分分析结果。左侧异常??磨损区域的基体塑性变形极其严重，有明显的犁沟及粘着脱落痕迹，珩磨纹结构完全消??失；正常磨损区域则磨损较轻，珩磨纹清晰可见。对各区域能谱图（Ｅ
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向实车使用的重载柴油机寿命损耗机理[J]. 何星,杨绍卿,章凯,姜贵文. 科学技术与工程. 2018(14)
[2]FeNi合金镀铁缸套的摩擦磨损性能[J]. 金梅,韩晓光,董文仲,沈岩,朱峰,徐久军. 中国表面工程. 2016(05)
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[5]机械设备运行可靠性评估的发展与思考[J]. 何正嘉,曹宏瑞,訾艳阳,李兵. 机械工程学报. 2014(02)
[6]基于退化轨迹的锂离子电池加速试验研究[J]. 王亚辉,李晓钢. 装备环境工程. 2013(02)
[7]高加速寿命试验和高加速应力筛选试验技术综述[J]. 樊强. 电子产品可靠性与环境试验. 2011(04)
[8]可靠性强化试验初探[J]. 金刚,李美,陆培永. 仪表技术. 2011(08)
[9]船用大功率柴油机产业发展初步分析[J]. 侯勤春. 船舶工程. 2008(03)
[10]新的高可靠长寿命产品对可靠性标准的要求[J]. 何国伟,朱炜,角淑媛,杨静,赵婉. 质量与可靠性. 2008(01)
博士论文
[1]微坑织构复合MoS2的合金镀铁缸套摩擦行为研究[D]. 金梅.大连海事大学 2018
[2]高强化柴油机缸套—活塞环摩擦状态转化机制研究[D]. 沈岩.大连海事大学 2014
[3]高速冲压机床可靠性试验与增长技术研究[D]. 张新洲.南京理工大学 2014
[4]电连接器步进应力加速退化试验技术的研究[D]. 刘娟.浙江大学 2013
[5]民机产品可靠性评估技术研究[D]. 王烨.南京航空航天大学 2009
[6]高可靠长寿命产品可靠性技术研究[D]. 邓爱民.国防科学技术大学 2006
硕士论文
[1]光栅编码器可靠性试验装置研制[D]. 周欣达.吉林大学 2018
[2]圆形微织构对缸套抗拉缸性能影响规律研究[D]. 李斌.大连海事大学 2018
[3]基于性能退化的加速寿命试验方法研究[D]. 叶朋峰.南京理工大学 2016
[4]超高强钢板冲压模具磨损CAE分析与寿命预测[D]. 李江曼.湖南大学 2015
[5]空间环境下滤波减速器的加速寿命试验研究[D]. 曹宏.电子科技大学 2014
[6]基于Gamma过程的关节轴承加速可靠性验证方法[D]. 鲁相.国防科学技术大学 2013
[7]镀铬缸套摩擦磨损性能研究[D]. 金梅.大连海事大学 2012
[8]对置往复式摩擦磨损试验机研制及其试验[D]. 朱峰.大连海事大学 2011
本文编号：3584737
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