超细WC颗粒对纳米CeO_2增强激光镍基涂层的显微组织和耐磨性影响（英文）

CO_2激光器熔覆质量分数1%纳米CeO_2和20%WC添加的镍基合金涂层的磨损、显微组织与1%纳米CeO_2添加镍基合金涂层进行对比。上述2种涂层均熔覆在基体30CrMnSiNi2A上并呈优良冶金结合。超细碳化物WC对WC-CeO_2/Ni涂层的显微组织影响由X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)连同能谱(EDS),电子探针(EPMA)进行分析。添加WC后M_(23)C_6增多,而M_7C_3减少。通过维氏硬度计和磨损测试系统对有WC添加和未添加CeO_2镍基合金涂层进行综合机械性能比。得出WC-CeO_2/Ni涂层明显优于CeO_2/Ni涂层。极少数热裂纹出现于WC-CeO_2/Ni涂层,萌生并扩展于熔池凝固过程中,对此做了SEM和EDS分析。裂纹机理可归因为铁稀释和WC添加导致的涂层与基体30CrMnSiNi2A间线膨胀系数间差异。     

六轴数控蜗杆砂轮磨齿机磨削面齿轮的方法

建立六轴数控圆柱齿轮蜗杆砂轮磨齿机磨削面齿轮的理论模型。提出以初始设计蜗杆砂轮轴截面齿形为基本参数,并考虑齿廓抛物线修形来设计金刚滚轮,再用于修整椭球式蜗杆砂轮的方法。利用双参数啮合方程建立了面齿轮磨齿加工的齿面方程。齿面磨削仿真及轮齿接触分析表明,直接以蜗杆砂轮轴截面齿形作为金刚滚轮齿廓来修整砂轮,所磨削得到的面齿轮齿面压力角偏小,且传动误差为不连续的上凹形曲线。当给滚轮以抛物线修形设计之后,所磨削的面齿轮齿面偏差基本为负值,传动误差曲线为良好的连续上凸式抛物线形。承载接触分析表明新的设计可以减轻齿顶边缘接触,减小冲击振动。数值算例表明,采用该方法磨削加工的面齿轮可以获得较高的精度和良好的啮合性能,并给出了试验验证。     

青年与老年手指甲表面形貌、成分与力学性能的实验分析

应用红外光谱仪、场发射扫描电镜、差示扫描热量仪、原位纳米力学测试系统对青年(20~25岁)与老年(70~75岁)指甲的表面结构、形貌、水含量及力学性能进行了实验分析。结果表明:与青年组成员指甲相比,老年组成员指甲的PO 2、C-O、CH 2与CONH基团的峰位向高波数移动;老年组成员指甲表面比青年组成员指甲粗糙并表现出明显的纵向纹理;尽管其总含水量与青年组成员指甲相当,但老年组成员指甲结合水的含量比青年组成员指甲的低;老年组成员指甲的硬度与约化弹性模量均高于青年组成员指甲相应对比量,因此,老年组成员指甲在划痕实验中显示出更好的耐磨性,但在较大载荷时出现明显的裂纹。     

新型TBM螺旋槽滚刀破岩性能及接触行为研究

全断面隧道掘进机(TBM)是用于长大隧道建设的关键装备,在川藏铁路等国家重大战略工程中发挥着重要作用。但TBM在硬岩地层施工中仍然面临所需推力大、掘进速度慢、滚刀损耗严重等问题,亟待解决。尝试探索基于滚刀表面结构设计调控刀-岩接触的可行性,设计了一种新型螺旋槽盘形滚刀。使用直线切割破岩实验研究不同贯入度和岩石种类下新型滚刀的破岩性能,并利用颗粒流离散元数值仿真对其破岩机理进行阐释。结果表明,滚刀表面的螺旋槽设计可以显著地降低破岩时切削力,而对生成的岩石碎片总体积无明显影响,因此可以显著减小滚刀做功,降低破岩比能,提高破岩过程的能量利用效率。其机理在于螺旋槽有效地优化了岩石内应力分布,使得同一滚刀前后相邻的刃齿在沟槽下方岩石中形成拉应力区,该部分岩石未与滚刀直接接触形成岩石粉末,而是由拉裂纹互相贯通形成岩石碎片,即减少了岩石粉末数量、缓解了岩石过度破碎程度,最终达到了降低切削载荷和破岩能耗的效果。     

超细WC颗粒对纳米CeO2增强激光镍基涂层的显微组织和耐磨性影响

CO₂激光器熔覆1wt.%纳米CeO₂和20wt.%WC添加的镍基合金涂层的磨损、显微组织与1wt.%纳米CeO₂添加镍基合金涂层进行对比。上述两种涂层均熔覆在基体30CrMnSiNi2A上并呈优良冶金结合。超细碳化物WC对WC-CeO₂/Ni涂层的显微组织影响由X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)连同能量色散谱(EDS),电子探针(EPMA)进行分析。添加WC后M₂₃C₆增多,而M₇C₃减少。通过维氏硬度计和磨损测试系统对有WC添加和无添加CeO₂镍基合金涂层进行综合机械性能比。得出结论WC-CeO₂/Ni涂层明显优于CeO₂/Ni涂层。极少数热裂纹出现于WC-CeO₂/Ni涂层,萌生并扩展于熔池凝固过程中,对此做了SEM和EDS分析。裂纹机理可归因为铁稀释和WC添加导致的涂层与基体30CrMnSiNi2A间线膨胀系数间差异。     

某采煤机重载齿轮磨损表面激光熔覆及磨损性能研究

以齿面磨损失效的德国进口久益(JOY)采煤机行走齿轮为绿色再制造研究对象,通过对其表层受损疲劳层去除、优化再制造激光参数以完成无裂纹无孔隙的耐磨耐腐蚀激光复合层制备。继而检测激光复合熔覆层与基体结合状态、并对熔覆层抗磨损性能等做了系统分析。研究中所采用的绿色再制造方案选用高效率、与基体结合区平整的矩形光斑激光熔覆模式结合镍基自熔合金粉末进行再制造工艺研究。通过对磨损失效轮齿表面依次做除锈除渣、去疲劳点蚀、无损探伤、激光增材制造,再对激光熔覆层样品做纵剖面扫面电镜(SEM)分析、磨损测试,最终得出结论:矩形激光束制备的再制造齿面抗磨损性能优异、激光熔覆层与轮齿基体呈现优良冶金结合,故而再制造轮齿工作面质量已达到并超过新品齿面,符合绿色再制造产品标准。     

复合地层中不同刃形滚刀与岩石接触行为研究

目的 滚刀截面形状即刃形对滚刀综合性能影响显著,研究不同刃形的滚刀在复合地层中的载荷变化特点,把握各型滚刀应用于复合地层时的优势与劣势,对于减少滚刀失效、降低刀盘偏载具有重要指导意义。方法 通过滚刀破岩试验获取和对比3种刃形的滚刀(平顶、圆顶和螺旋槽滚刀)在软硬复合地层中的切削力、破岩体积等关键指标,同时建立滚刀破岩有限元数值模型,探究滚刀刃形影响其切削岩石性能的机理和规律。结果 在复合地层中工作时,平顶滚刀所需的法向力均值最高,其余滚刀则相近。这是由于圆顶和螺旋槽滚刀破岩时仅有部分表面参与接触,接触面积均小于平顶滚刀,应力集中效应明显,从而降低破岩法向力。螺旋槽滚刀在切削不同强度岩石时的法向力差距最小;圆顶滚刀的法向力标准差的值最小。3种滚刀均形成了粉末状和片状岩石碎片,平顶和圆顶滚刀形成的岩石碎片总体积相近而螺旋槽滚刀略低。结论 复合地层软硬岩强度相差较大时,可选用螺旋槽滚刀以减轻刀盘偏载;硬岩部分强度较高时,推荐选用圆顶滚刀,以减小切削力和载荷冲击。     

Ti-(SiCf/Al3Ti)层状复合材料在侵彻早期阶段基于NEIM的建模与仿真研究

一种由连续SiC陶瓷纤维强化（CCFR）的新型金属间化合物基层状（MIL）复合材料Ti-（SiC_f/Al₃Ti）研制成功,其作为装甲防护材料在被侵彻过程中的微观变形机制、强化及失效机理有待研究。首先采用电镜扫描法（SEM）表征该材料的微观结构和界面特征,而后提出一种新的建模方法,基于高效的等效夹杂数值算法（NEIM）,对刚性球侵彻靶体复合材料的早期接触过程进行建模,研究准静态加载下Ti-（SiC_f/Al₃Ti）复合材料的小变形弹塑性接触力学行为,并通过压痕试验验证该模型的精确性。结果表明,在球-面加载模式下,SiC纤维对CCFR-MIL复合材料的强度提高显著,而对延展性的强化却不如面-面加载模式下明显。此外,球-面加载模式下的最大塑性应变集中（MPSC）区出现在Al₃Ti层最接近中心SiC纤维上边界的位置,并随载荷的增大沿深度方向延伸,该区域是裂纹萌生并扩展的高发区。当相邻SiC纤维的中心距为四倍纤维直径,且Ti层体积分数为40%时,CCFR-MIL复合材料的综合力学性能最佳。更高效数值方法的运用,节约了计算成本,清晰透彻地揭示了新型CCFR-MIL复合材料在被侵彻过程中的微观变形机制、强化及失效机理,并使参数化研究更为全面,便于材料的微观结构优化。