涂層強(qiáng)化材料低應(yīng)力多碰塑性累積研究與建模.pdf

1、在工程領(lǐng)域中,很多零部件由于頻繁重復(fù)進(jìn)行碰撞接觸一分離的運(yùn)動(dòng)而失效,通常這些零部件承受的應(yīng)力很低(約為材料屈服極限的1/5～1/2)。研究發(fā)現(xiàn),零件承受多碰載荷而失效的多種起因都可以歸結(jié)為材料發(fā)生宏觀塑性變形。本文進(jìn)行了低應(yīng)力多碰動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn),研究了1Cr18Ni9Ti試件和經(jīng)激光涂層強(qiáng)化后的1Cr18Ni9Ti試件在同樣工況條件下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)行為,建立了其宏觀塑性累積應(yīng)變數(shù)學(xué)模型。對(duì)實(shí)驗(yàn)室自制的第一代多碰試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)：在液壓油路控制

2、部分,利用兩個(gè)插裝閥和一個(gè)電磁換向閥代替原有的旋轉(zhuǎn)換向閥；在電氣控制部分,增加了限位裝置和計(jì)數(shù)系統(tǒng)；在測(cè)試系統(tǒng)部分,選擇了合適的壓電式傳感器,設(shè)計(jì)了與此配套的夾具和工作臺(tái)；設(shè)計(jì)并加工了兩組大小規(guī)格不同的彈簧,對(duì)兩組彈簧做了標(biāo)定。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴選用化工泵、閥類多碰零件常用的不銹鋼1Cr18Ni9Ti和高強(qiáng)度‘Ni-2合金作為低應(yīng)力多碰試驗(yàn)材料。對(duì)試件進(jìn)行坐標(biāo)網(wǎng)格化,提出了分層塑性響應(yīng)方法,在相同的多碰條件下(碰撞應(yīng)力

3、σ=100MPa,碰撞行程h=20mm,碰撞頻率p=4Hz),對(duì)1Cr18Ni9Ti試件和經(jīng)激光涂層強(qiáng)化后的1Cr18Ni9Ti涂層試件進(jìn)行了多碰試驗(yàn)。研究了材料隨時(shí)空變化的疲勞應(yīng)變及累積規(guī)律,提出了“趨表效應(yīng)”的概念,得出以下結(jié)論:(1)在最初的幾千次碰撞中,試件的變形最明顯,隨著碰撞次數(shù)的增加,試件變形越來越小,大約在25萬次后趨于穩(wěn)定；(2)試件表層的變形量、應(yīng)變率、硬度變化最大,隨著層深的增加,呈梯度性迅速衰減；(3)經(jīng)激光涂層

4、強(qiáng)化后的試件,不論是涂層還是基體都比未經(jīng)激光涂層強(qiáng)化的試件有更好的抗多碰形變能力。
　　 ⑵建立了一定應(yīng)力下,多碰塑性累積應(yīng)變與碰撞次數(shù)、單元層坐標(biāo)之間的關(guān)系。對(duì)1Cr18Ni9Ti試件和經(jīng)激光涂層強(qiáng)化后的涂層試件分別建立了累積應(yīng)變數(shù)學(xué)模型。根據(jù)該數(shù)學(xué)模型,代入碰撞次數(shù)Ⅳ和單元層坐標(biāo)y,可以比較精確的求出在一定應(yīng)力σ之下,距表面距離為y處的累積應(yīng)變?chǔ)拧?br>　　 ⑶試驗(yàn)結(jié)果表明：碰撞應(yīng)力很小,僅為材料屈服極限的1/5～1/2