滚动接触零件近表面损伤层厚度的确定

以列车车轮试件近表层损伤分析为例,在大量试验数据的基础上利用数值分析方法研究车轮试件近表层硬度值随深度变化规律,并且提出两种确定硬化层厚度的方法。结果表明车轮试件近表层硬度值随着深度的增加而减小,其分布规律与某个指数函数的曲线非常接近,故可以将该函数作为滚动接触试件近表层硬化规律的经验公式。拟合偏差法和固定比例法均能有效的表征试件近表层损伤层厚度,相比于直观法得到的损伤层厚度更具说服力,并且采用拟合偏差法得到的结果更具有实际意义,该方法为以后分析滚动接触试件近表层损伤厚度提供有益的参考。     

表面硬化对地铁轮轨磨耗性能影响的实验研究

针对地铁轮轨的表面硬化问题,为了进一步降低轮轨的磨耗,通过对某实际运营线路中的钢轨和两种不同车轮钢的摩擦磨损进行实验研究,探讨了材料表面硬化对轮轨耐磨性的影响规律。首先,采用了赫兹模拟准则,对典型工况下地铁车辆的轮轨接触情况进行了模拟;然后,选取了某地铁线路现役的轮轨材料作为研究对象,并确定了其垂向载荷、运转速度和轮轨试样尺寸等实验参数;最后,采用GPM-60摩擦磨损实验机搭建了测试平台,进行了轮轨接触模拟实验,分析了表面硬化与地铁轮轨磨耗性能之间的规律。研究结果表明：车轮试样的磨耗率随表面硬化程度提高而下降,初始硬度较高的微合金化地铁车轮钢表现出更高的表面硬化程度和更好的耐磨性,相较于CL60钢,其磨耗率可降低35.1%,与其匹配的钢轨磨耗率可提高7.8%,轮轨总磨耗率可降低1.6%;建议在运营初期,对轮轨接触面进行喷丸强化处理,预先提高其表层硬度,以减少轮轨磨合阶段时间和初期磨耗量。     

小切深磨削条件下工件表面硬化机理

以位错运动造成塑性变形的理论为基础,深入分析了小切深条件下磨削力机械作用硬化机理和材料热相变硬化机理。通过不同磨削参数的小切深磨削硬化试验,分析磨削硬化过程中不同磨削参数条件对工件表面强化层形成的影响及其金相组织转变的情况,深入研究磨削强化层组织的形成机理。试验结果表明,小切深条件下磨削加工试件表面的硬化主要以位错运动而产生的强化层为主,提高磨削深度和降低工件进给速度会增大工件表面显微残余应力,增强试件表层硬化层的形成效果。     

硬化处理对港口起重机车轮接触应力的影响

在建立港口起重机轮轨接触的三维实体模型的基础上,通过商业软件ANSYS建立了车轮材料不做硬化、部分硬化、全部硬化三种有限元模型.计算了这三种模型点接触和线接触两种轮轨接触模型的接触应力和接触面积,并与相应的赫兹理论值作对比.计算结果表明,当材料没有发生塑性强化时,由赫兹理论计算出的接触应力分布情况与数值模拟计算的结果吻合得很好;车轮硬化后的接触应力值比不做硬化的要小;部分硬化与全部硬化的计算值很接近.     

硬化深度对港口起重机车轮接触应力的影响

在建立港口起重机轮轨接触的三维实体模型的基础上，通过商业软件ANSYS建立了车轮材料不做硬化、硬化10mm、硬化25mm、全部硬化4种有限元模型；计算了这4种模型点接触和线接触2种轮轨接触模型的接触应力和接触面积，并与相应的赫兹理论值对比。通过对不同车轮硬化处理方式的接触应力和接触面积的比较，分析硬化处理对车轮接触的影响。     

激光金属相变硬化技术及其应用

一、概述1.激光金属相变硬化的原理激光金属相变硬化主要是用来处理铁基材料,其硬化机理是通过高能激光束（103～104W/cm2）扫描零件表面,工件表层材料吸收激光能量并转化为     

一种超细晶材料的混合硬化模型及其数值模拟

针对超细晶材料强度高、塑性能力不佳以及饱和应力跟晶粒尺寸和应变率等因素有关的特点,在Johnson-Cook模型的基础上引入Hall-Petch关系式,再与Armstrong-Frederick非线性随动硬化规律进行叠加,提出一种同时包含各向同性硬化和非线性随动硬化的混合硬化模型。该数学模型不仅考虑了超细晶材料的尺寸效应,还计及了加工硬化和包辛格效应的组合效应。在推导出该混合硬化模型的积分算法的基础上进行有限元数值分析和试验数据的对比分析。对比结果表明,不同晶粒大小与不同应变率下的超细晶材料的数值仿真结果与试验数据均吻合较好,进而证明该数学模型的合理性。因此,该混合硬化模型不仅丰富了塑性力学的内容,也可为超细晶材料的结构件设计提供一定的理论依据。     

纵向力对列车车轮磨损特性的影响

列车在加速和减速过程中车轮将承受纵向力的作用,随着纵向力的增加,车轮的损伤也随之加重,其中车轮的磨损成了迫切需要研究的课题。通过磁粉制动器在JD 1轮轨模拟试验机上设定不同的纵向力,研究其对车轮磨损特性的影响。结果表明,车轮试件的磨损量随着轮轨间纵向力的增大而增大;同时磨痕表面伴随着明显的氧化,且随着纵向力的增加,试件磨痕的氧元素含量有增加的趋势;磨痕的表面裂纹数量随着纵向力的增大而增多,但表面裂纹的长度却随之减小。试件在试验过程产生的磨屑均为片层状,其形状大小与试验条件无关,这种片层状的磨屑表明试件磨痕表面的材料损失主要以层离磨损为主。     

铸铁表面钨极氩弧硬化

以HT200为试验材料,用钨极氩弧对其表面进行了局部重熔硬化,得出了相关工艺参数对重熔处理后表层性能的影响,同时与铸铁表面激光硬化进行了对比。结果表明：铸铁表面氩弧硬化是有效提高其耐磨性,发挥自身潜力,降低成本的一项新工艺。     

疲劳过程中材料强化和弱化现象的探讨

讨论了两种金属材料(正火45钢和热轧态16Mn)在疲劳过程中强化和弱化现象,通过疲劳试验及电镜分析表明,循环硬化材料在循环载荷作用下有明显的强化现象,而循环软化材料则不然。因而,在复杂载荷历程作用下循环硬化材料与循环软化材料将表现出不同的疲劳损伤累积规律。建议在分析疲劳累积損伤及寿命估算等方面应全面考虑强化和弱化所起的作用。     

Q245R钢缺口试件早期损伤超声非线性特性研究

采用非线性超声技术,对含双边V型缺口的Q245R钢试件单轴拉伸过程进行测试,研究试件缺口附近区域不同位置的超声非线性特性。试验结果表明,超声非线性系数β能够准确表征材料的早期损伤状态,不同的拉伸损伤阶段β值变化规律不同,试件的不同位置因损伤程度不同表现出不同的超声非线性响应,距离缺口位置越近,损伤越严重,β值涨幅越大。试验通过β与损伤间的关系,验证了缺口附近区域的应力分布规律,证明了非线性超声技术在测试材料早期损伤方面的有效性。     

激光淬火硬化带的数值估算新方法

从理论上分析了简易激光相变硬化模型估算激光淬火硬化带深度的不合理之处,即将硬化带深度确定在珠光体向奥氏体转变的临界温度θAC1等温线处;在该深度处C原子并未充分扩散,也就是说该深度处材料并未有效硬化。在此基础上,提出一种新的估算硬化带深度的模型--△t模型,其原理为将Fourier热传导理论和保证C原子充分扩散的时间段△t相结合,估算相变硬化带尺寸。最后,采用新模型估算出激光淬火处理HT250材料硬化带深度的理论值,理论估算结果与试验结果吻合较好,且比简易激光相变硬化模型估算结果更接近于试验结果。     

直流脉冲电流对4043铝合金拉伸硬化的影响

低成本消除加工硬化,愈合损伤对轧制材料具有重要意义。本文将4043铝合金在介于其名义屈服强度和强度极限之间的某一应力下进行拉伸,造成拉伸硬化和损伤后,用直流脉冲电流处理。结果表明:随着脉冲处理时间的增加,试件延伸率增加,名义屈服强度和强度极限减小;0.5 s脉冲处理试样的力学性能十分接近未损伤试样的性能;光学显微照片显示同一位置上的损伤得到部分愈合。试样拉伸造成一定损伤后,其电阻值有明显增加;脉冲电流处理后电阻减小,但没有恢复到拉伸前的电阻值。经过不同时间的脉冲处理后,其电阻值十分接近,但是力学性能差异较大,表明电阻值对材料的力学性能不十分敏感,不能完全依赖电阻值判定材料的力学性能。     

沉淀硬化不锈钢真空电子束焊接工艺研究

介绍了15—5PH马氏体沉淀硬化不锈钢材料的特点和应用场合,着重论述了该材料的真空电子束焊接工艺试验。试件经X射线探伤显示焊缝质量满足国军标I级,焊接接头在室温下的力学性能指标均满足设计和使用要求,从而验证了15—5PH不锈钢材料具有优异的真空电子柬焊接性能。该工艺方法已成功应用于某产品天线座转台的研制。     

不同接触参数下车轮多边形形成及发展试验研究

利用WR-1轮轨滚动磨损试验机研究了不同轮轨接触参数(垂向力、蠕滑率、转速)下车轮多边形形成规律，分析了滚动过程中的轮轨振动特性，探索了多边形车轮试样的硬化与损伤规律。结果表明：当垂向力、蠕滑率和转速较小时，轮轨系统振动稳定，车轮试样不产生多边形；随垂向力、蠕滑率和转速增大，系统激发了明显的主振动频率，振动幅值随运行时间不断增大，车轮多边形逐渐产生；且多边形波深随垂向力和蠕滑率增大呈现增大趋势。试验后，车轮试样硬度随深度逐渐降低，未产生多边形的车轮试样硬度在圆周方向上无明显波动，多边形车轮试样硬度随轮廓变化而变化，波峰区域硬度低、波谷区域硬度高，波谷区域塑性变形层厚度明显大于波峰区域。多边形车轮试样波谷区域与未产生多边形车轮试样损伤均以疲劳磨损为主，波峰区域表面存在大量剥落坑，波峰与波谷处裂纹长度与深度相较于无多边形车轮试样都明显减小、裂纹角度显著增大。多边形车轮试样表面会受到反复的轮轨冲击-挤压作用，垂向力与蠕滑率的增加会使冲击-挤压作用更加剧烈，车轮多边形更加严重。研究结果对进一步了解车轮多边形形成机理及抑制措施提供一定的指导意义。     

新型机械弹性车轮包容特性的力学研究

利用有限元分析和试验测试方法对新型机械弹性车轮的包容特性进行了力学研究。通过平面及障碍物作用下车轮垂向力学特性的分析,揭示了障碍物截面形状对车轮垂向力学响应的影响规律,并验证了所建模型的可靠性。基于车轮非线性有限元模型和台架试验,分析了车轮在三种不同截面障碍物作用下的低速稳态包容特性,并研究了车轮通过障碍物后的垂向和纵向动态力学响应的变化规律,及负荷和障碍物截面形状对包容特性的影响。结果表明:车轮垂向力响应随负荷的增加由抛物线形过渡到马鞍形,车轮纵向力响应随负荷的增加而增大,其变化曲线类似为正弦形状;且车轮垂向力和纵向力响应随障碍物高度的增加而增大;其响应峰值相对较低、变化较平缓,在一定载荷条件下,车轮表现出典型的包容特性。     

硬化指数对塑性转动因子的影响

探讨了材料的主要机械性能硬化指数对三点弯曲试件ＣＯＤ值、Ｊ积分值及塑性转动因子的影响。     

[表面强化及损伤机理]硌伤形貌对车轮材料滚动接触疲劳特性的影响

采用重力摆锤在车轮试样表面冲击出不同形貌的硌伤坑,基于改进后的MMS-2A 型微机控制摩擦磨损试验平台,研究了未硌伤车轮以及两种硌伤形貌车轮的滚动接触疲劳特性。结合ABAQUS仿真分析的车轮硌伤后残余应力分布情况,探讨了硌伤坑附近裂纹的萌生及扩展机制。结果表明：与未硌伤车轮相比,车轮硌伤处次表层材料沿踏面垂直方向上出现的残余拉应力有助于促进裂纹的萌生和扩展。相同冲击能下,球形硌伤坑附近裂纹长度和角度均大于道砟形硌伤坑附近裂纹长度和角度。球形硌伤坑边缘次表层裂纹的裂纹面较宽,并沿着45°的扩展角度向内部扩展。     

高锰钢辙叉机械冲击预硬化工艺研究

为提高高锰钢辙叉的耐磨性能和抗变形能力,利用自制的机械冲击预硬化设备对高锰钢辙叉表面进行预硬化处理。适合高锰钢辙叉服役条件的最佳机械冲击硬化工艺如下所述,将高锰钢辙叉待硬化表面加热到300℃,利用冲击能量为50 J的机械装置冲击辙叉工作面,每个硬化点冲击时间大于10 s,相邻硬化点边缘距离小于3 mm。高锰钢辙叉经过机械冲击硬化处理后获得硬化层深度大于15 mm、表层硬度约为48 HRC、亚表层硬度梯度平缓过渡的理想硬化效果。亚表层硬度梯度平缓过渡是由于高锰钢辙叉被加热到300℃后,屈服强度降低,机械冲击后塑性变形区厚度增加所致。同时,在300℃冲击变形过程中高锰钢微观组织发生动态回复,降低了辙叉表层硬度,使硬化效果更适合铁路辙叉服役。高锰钢辙叉经过机械冲击硬化处理后使用寿命明显提高。     

一种估计管材硬化模型参数的方法

管材力学性能参数的准确性是影响管材塑性成形有限元数值模拟质量的关键因素之一。单向拉伸试验的试件取自滚弯和焊接等制管工序之前的平板坯料 ,所测应力—应变关系无法真实描述管材的塑性变形行为。单向拉伸试验也不能精确反映管材在实际塑性成形中所处的复杂应力状态。基于各向同性硬化假设 ,本文提出了一种轴压胀形、单向压缩试验和数据拟合技术相结合的估计管材硬化模型参数的方法。有限元数值模拟结果显示 ,由这种方法所估计出的管材硬化模型参数是相当准确的。