[表面强化及损伤机理]钢轨表面宽带激光淬火工艺及其疲劳磨损性能

针对目前钢轨强化采用的欠速淬火方法存在强化层硬度偏低、耐磨性难以满足重载线路使用要求的问题,使用3种不同光斑宽度的激光,研究了U71Mn材质钢轨的激光淬火强化工艺,获得了不同扫描速度下的临界功率和淬火层深,并测试了淬火层在滚动接触条件下的磨损与接触疲劳性能。结果表明：在临界熔化的激光能量密度下,光斑宽度由6 mm增加到20 mm时,淬火层深度提高了38%,或在获得相同的淬火层深度情况下,处理效率提高6.8倍;淬火层组织为针状马氏体,硬度从原来的300HV提高到800HV以上;20万周次的磨损试验后,激光淬火试样的磨损量只有未处理试样磨损量的25%,未处理试样以表面接触疲劳剥落和塑性变形为主,激光淬火试样仅有轻微的疲劳磨损,耐磨性和抗接触疲劳性能优异。     

齿轮宽带激光淬火工艺研究

根据齿轮的形状特征和宽带激光束的特点，通过理论上的研究分析与计算，总结出齿轮表面宽带激光淬火，使齿轮获得均匀硬化层的工艺方法，实验结果表明，通过采用该工艺对齿轮表面进行宽带激光淬火，齿轮获得了沿齿面均匀分布的硬化层，齿轮先处理一侧回火问题得到了显著的改善，齿轮激光淬火后的硬化层沿层深方向分为完全淬硬层，过渡层和高温回火层三层。     

激光微造型表面摩擦磨损性能研究

采用声光调Q二级管泵浦固体光源（DPSS）Nd：YAG激光器对缸套试件表面进行了,微造型州纹加工。在往复式活塞环-缸套摩擦磨损模拟试验机上进行了激光造型缸套试件与未造型光滑缸套试件的摩擦磨损性能对比试验研究。试验结果表明,在重载高速条件下,激光网纹试件与未造型试件相比,摩擦因数降低23％,磨损量降低66％。说明激光网纹沟槽具有贮油、积屑和动压润滑作用,同时激光加工的网纹淬火效应也有利于提高支承表面的耐磨抗擦伤性能。     

微合金化钢轨淬火工艺的优化及其疲劳裂纹扩展行为研究

为定量化分析微合金化与淬火工艺、裂纹扩展的关联性,寻找修正钢轨淬火时所产生自回火现象的方法,通过对GGX-G重轨钢和自行开发设计的微合金元素重轨试验钢在8℃/s淬火冷速与8℃/s淬火冷速自回火后展开疲劳裂纹扩展试验,结果表明：未热处理态下,试验钢疲劳寿命优于GGX-G钢11万次;在经8℃/s冷速及8℃/s冷速自回火工艺后,由77万次均提升至107万次,自回火未影响试验钢的疲劳寿命,仍有良好的疲劳性能;淬火后试验钢在Ⅱ区均出现的慢速扩展区,且自回火后试验钢的?K范围更高,微合金化后的钢轨对自回火所造成的疲劳性能降低有着优良的抗性;淬火工艺后的试验钢均优于国标要求,且8℃/s淬火冷速与8℃/s淬火冷速自回火的疲劳断口未见差异,同样表明自回火对试验钢的综合疲劳性能影响甚微,有着良好的抗自回火能力。通过向钢轨中添加一定的微合金元素,不仅提升了淬火后钢轨的疲劳性能,同时也修正了自回火对钢轨性能的影响。     

钢轨滚动磨损性能试验研究

在JD-1型轮轨摩擦试验机上研究了轴重与曲线半径对钢轨滚动磨损性能的影响。结果表明：轴重与曲线半径是影响钢轨磨损的主要因素。试样磨损量随着载荷的增加而增加,也随着曲线半径的减小而增加;试样表面磨损形貌随着载荷与曲线半径的改变而表现出不同的变化,其中大载荷和小曲线半径试验使钢轨试样磨损程度严重,表面容易产生较明显的塑性形变以及龟裂现象;制动力条件下滚动试样磨损更为严重。     

拉深模激光毛化表面的磨损性能研究

为提高拉深模的磨损性能和使用寿命,利用激光毛化技术在模具钢试样表面分别加工出不同直径和间距的微单元体。对比研究毛化表面试样和非毛化表面试样的磨损性能,结果表明,毛化试样表面耐磨性均优于非毛化表面试样。通过激光毛化可提高拉深模寿命,改善板料成形时的流动性。     

模具钢表面激光毛化织构摩擦磨损性能试验研究

为提高模具的使用寿命,以模具钢5CrNiMo为研究对象,在试样表面加工不同面积占有率及高度的毛化织构,采用单因素轮换法,开展织构化试样的摩擦磨损性能试验研究。结果表明:毛化织构面积占有率对跑和后试样摩擦因数影响不大,但织构面积占有率越大,其跑和阶段的摩擦因数波动越小,跑和性能越优;毛化织构高度对平均摩擦因数影响较大,织构高度越低,跑和稳定后平均摩擦因数越小;织构试样磨损量均小于未织构试样,织构面积占有率越大,织构高度越低,磨损量越小。与未织构试样相比,面积占有率45%、毛化高度3. 5μm的织构试样可使摩擦因数减小85%,磨损量减小99%,表明激光毛化织构技术可优化塑性成形模具的摩擦学性能。     

大模数齿轮宽带激光淬火

提出了激光热处理一个新的应用领域——采用宽带激光淬火对大模数齿轮进行表面强化处理,有效地防止齿面大块剥落的失效。试验在几种不同激光淬火工艺下进行,选取最佳工艺,并得出在其工艺处理下的性能及组织特征:硬化层深1.2～1.4mm,宽20mm,表面硬度HRC55～60,心部硬度HRC30～35、硬化层组织为细晶混合马氏体相少量残余奥氏体,心部为细回火索氏体。在整个硬化层中获得较高的残余压应力,其值在267～425MPa之间,并分析讨论了这些特性对防止大模数齿轮失效所起到的有效作用。     

40Cr钢表面激光淬火的工艺研究

研究了40Cr钢表面激光淬火工艺参数与硬化层尺寸以及显微硬度的关系,分析了激光硬化层的显微组织。研究表明:选择合适的工艺参数,可使硬化层的显微硬度显著提高,该工艺为40Cr钢表面淬火提供了一条新途径。     

铝青铜表面激光熔覆层摩擦磨损性能的研究

采用激光熔覆技术在QA19-4铝青铜基体上制备Ni基合金熔覆层.通过对激光熔覆层微观组织的分析和显微硬度、滑动摩擦磨损等性能的研究结果表明:熔覆层组织均匀致密;平均硬度为HV571.4,大约是QA19-4铝青铜基体硬度的3倍;在干摩擦条件下,经过激光熔覆技术改性后的试样磨损体积仅为QA19-4铝青铜的1/3,表现出比QA19-4铝青铜更好的耐磨性能.     

NiTi合金表面改性及其微动磨损性能研究

采用多弧离子镀技术在NiTi形状记忆合金表面制备TiN涂层。利用SRVⅢ摩擦磨损试验机研究NiTi合金表面改性后在37℃Hank’s模拟体液中微动磨损性能,分析法向载荷对TiN合金磨损机制的影响规律。利用SEM扫描电镜及能谱考察磨损表面形貌,结果表明：制备的TiN涂层表面致密均匀,无明显缺陷。说明TiN涂层可有效提高基体的耐磨性能,其磨损机制主要表现为剥落损伤与磨粒磨损并存。TiN涂层显微硬度为784 HV,远高于基体,TiN/NiTi膜基硬度比缓慢下降,涂层与基体结合强度高。     

激光宽带淬火机理及应用研究

介绍了一种转镜式高功率激光表面处理用宽带扫描器，扫描宽度为10～30mm，连续可调，扫描频率为1000Hz。分析了扫描原理，提出了线光斑宽带方案及传热模型，并计算了其温度场。开展了激光宽带淬火试验和初步工业应用研究。结果表明，线状光斑适用于千瓦级激光宽带淬火。     

细长管内表面激光淬火系统

介绍了一种抽油泵整体泵筒内表面硬化处理的新方法,该方法将激光表面淬火和管道机器人相结合,解决了类似抽油泵整体泵筒等细长管的内表面硬化处理,并利用该方法进行了激光淬火的工艺实验。     

改善摩擦磨损性能的表面处理工艺

尽管常用的金属零件经热处理后,使材料硬度和韧性等发生变化,可以改善材料表面或整体的机械性能,但材料硬度不可能作为表征摩擦性能的唯一重要因素,所以说表面处理技术早已不能沿用传统的热处理概念来概括了。特別是近年来,由于非金属材料在摩擦学系统中的广泛应用,对于表面物理的和化学的相互作用的研究日益深入,许多摩擦学问题无法单纯依靠热处理工艺而加以解决。     

9SiCr表面激光熔覆合金/20MnSiV磨损性能研究

采用Ni合金和Co合金对9SiCr工具钢表面进行激光熔覆，并将熔覆层与20MnSiV配副在干摩擦和油润滑条件下进行磨损试验。采用扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行分析，发现油润滑条件下二者的耐磨性有很大提高，其磨损形式主要是磨粒磨损。Ni合金熔覆层与20MnSiV配副时磨损相对较小。     

齿轮激光淬火工艺的研究

本文从齿轮主要失效特征出发，提出齿轮激光淬火的基本要求，并指出齿轮激光淬火的关键技术，同时分析了齿轮激光淬火工艺参数。     

磁场条件下钢轨材料的摩擦磨损性能试验研究

基于HSR-2M高速往复摩擦磨损试验机,试验研究在永磁体磁场条件下,法向载荷、往复速度等参数对钢轨材料摩擦性能的影响,通过磨痕形貌分析其磨损机制,并与无磁场条件下的结果进行对比。试验结果表明:磁场的引入可以在一定程度上减小钢轨材料的摩擦因数、磨损率;增大滑动速度对摩擦因数和磨损率均有减小作用,增大载荷能够降低摩擦因数,但磨损率增加;磁场能够提高钢轨材料在摩擦过程中的磨损性能。无磁场时,钢轨材料磨损形式为典型的磨粒磨损,摩擦系统的磨损率和摩擦因数较大;有磁场时,磨损形式主要为黏着磨损,摩擦因数和磨损率较小。     

制动盘过度磨损表面激光再制造钴基合金熔覆层的摩擦磨损性能

以Co06钴基合金粉末为熔覆材料,利用激光再制造技术在高铁列车30CrSiMoVA钢制动盘过度磨损表面制备熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、硬度和摩擦磨损性能,并探讨了其磨损机制。结果表明：在制动盘过度磨损表面制备的熔覆层与基体结合良好,钴元素在熔覆层与基体界面处发生了扩散;熔覆层的平均显微硬度为548 HV,为基体硬度的2.3倍;激光再制造后制动盘的平均摩擦因数为0.485,小于原始制动盘,二者的磨损机制均为疲劳磨损和磨粒磨损,但激光再制造后制动盘的磨损程度较轻微;激光再制造后制动盘的磨损体积为7.709 mm³,小于原始制动盘(10.011 mm³),耐磨性能得到提高。     

MoSi2/淬火45钢的干摩擦磨损性能

采用M-2型磨损试验机研究了MoSi2/淬火45钢的干摩擦磨损特性，并通过对电子扫描显微镜（SEM）和X射线衍射仪观察了试件的磨损表面形貌，分析了磨屑的成分，探讨了其摩擦磨损机理。结果表明，随着载荷的增大，摩擦机理主要表现为微观滑动和粘着效应，低载荷下的磨损机制以疲劳磨损为主，高载荷下的磨损机制主要表现为粘着磨损。