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激光仿生耦合处理灰铸铁热疲劳后摩擦磨损性能研究

作　者: 邱文君
导　师: 周宏；张凤山
学　校: 吉林大学
专　业: 材料工程
关键词: 仿生灰铸铁激光熔凝热疲劳摩擦磨损
分类号: TG115.58
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光仿生耦合处理灰铸铁热疲劳后摩擦磨损性能研究灰铸铁作为制动毂的主要材料,其耐磨性的研究已经备受研究人员的关注。摩擦磨损在工程制造领域的机械零件中普遍存在,带来巨大损失的同时,也为国民经济造成相当大的负担。研究发现制动毂在服役状态下通常是受到热疲劳和摩擦磨损共同作用的影响。在不断探索的研究中,本课题组创新于材料表面的工艺处理,采用激光熔凝技术改变材料的表面性能,改善材料的抗热疲劳性以及耐磨损性能,并取得了一定成效。从神奇的大自然中获得启发,观察发现自然界中的动植物经过进化和自然选择,都以其自身与自然最和谐的方式生存。蜣螂的翅鞘,贝壳等都因生物体表软质和硬质结构的结合形成具有更好耐磨性的非光滑单元体,通过体表的形态,尺寸,结构等的生物体表耦合,体现出更好的耐磨损性能。但是以往的研究只着重于单一的热疲劳或者摩擦磨损的研究,而本实验更注重于研究制动毂材料灰铸铁的热疲劳和摩擦磨损的交互作用影响。实验过程首先应用了仿生耦合理论,结合激光熔凝的技术加工灰铸铁材料,从而获得仿生耦合单元体,接着对仿生耦合试样进行热疲劳试验,然后再进行磨损研究。由于制动毂的服役条件是疲劳与磨损的共同作用,研究其疲劳后的磨损更能够反应实际应用情况。同时研究了不同形态、载荷、疲劳次数等对灰铸铁耐磨性能的影响。试验结果表明:1.随着疲劳次数的增加,试样的磨损量增加,其中未疲劳试样的磨损量最小,而4000次疲劳后的试样的磨损量最大。以横纹状单元体为例,未疲劳试样的磨损量较1000次疲劳后的磨损量减少约26%,较2000次疲劳后的磨损量减少约28%,较3000次疲劳后的磨损量减少约51%,而较4000次疲劳后的磨损量减少约52%。其中3000次疲劳后的磨损量较2000次疲劳后的磨损量有激增的现象,而3000次疲劳后的磨损量较4000次疲劳后的磨损量的相差不大。2.不同疲劳次数下,不同仿生耦合形态的单元体其耐磨性也不相同,其中经过1000次,2000次,3000次,4000次热疲劳的仿生耦合单元体网格状形态较光滑且相同疲劳次数的试样磨损量减少97%,而表面呈斜纹的仿生耦合单元体较光滑且相同疲劳次数的试样磨损量减少95%,表面呈横纹及竖纹的仿生耦合单元体较光滑且相同疲劳次数的试样磨损量减少93%。3.激光熔凝处理仿生耦合单元体的灰铸铁试样热疲劳后材料的性能发生改变,强度和硬度都有所下降,组织中晶粒开始碎化,碎化后晶界交错扩展成为裂纹。4.试样磨损的过程主要是粘着磨损和磨粒磨损,表面出现刮擦和犁削痕迹,热疲劳后,单元体的组织中晶粒碎化程度较基体弱,单元体的存在使耐磨性增强,磨损量减少。

激光仿生耦合处理灰铸铁热疲劳后摩擦磨损性能研究

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