不同热处理工艺下Cr12钢的冲蚀磨损性能及机理的研究

摘要

抛丸机是一种常见的表面强化机械，其叶片在供丸过程中长期受到小弹丸(直径＜1000μm)的冲蚀磨损，严重影响叶片的使用寿命。本文以抛丸机叶片的常用材料Cr12钢为研究对象进行冲蚀磨损试验。研究了七种不同热处理工艺下Cr12钢的冲蚀磨损性能。使用光学金相显微镜对Cr12钢的材料组织进行观察，通过扫描电镜分析冲蚀表面的微观形貌特征，揭示Cr12钢的冲蚀磨损机理。使用有限元分析软件ABAQUS对Cr12钢冲蚀磨损进行模拟分析，建立了冲蚀磨损模型，并对限元模拟的有效性进行了验证。
　　 Cr12钢的冲蚀磨损试验表明:不同热处理工艺下的Cr12钢的冲蚀磨损性能主要与材料硬度和显微组织结构有关。硬度高的Cr12钢往往具有好的冲蚀磨损性能，而硬度相差不多时，组织中网状碳化物和大块尖角状碳化物颗粒少且分布均匀的Cr12钢具有更好的冲蚀磨损性能。
　　 在SEM下对Cr12钢冲蚀磨损表面进行观察可知:Cr12钢在SiC磨粒的冲蚀作用下，表面材料的冲蚀磨损形貌特征主要是粒子的切削痕、犁削痕以及粒子正面冲击所形成的冲击坑。通过对微区成分分析和元素面扫描结果的研究，验证了冲击后冲蚀粒子嵌入材料表面。
　　 利用所建立的冲蚀磨损有限元分析模型，对Cr12钢的冲蚀磨损进行了动力学分析。可以发现:磨粒的初始动能主要转化为使材料发生塑性变形的内能，磨粒与材料冲击接触区域的应力呈扇形向外逐渐降低。在多粒子反复冲击的情况下，材料表面的冲击坑会不断增大，材料所受应力也会不断叠加。该有限元模型可以真实有效地模拟出冲蚀磨损的实际过程。
　　 本文采用具体实验与有限元模拟相结合的形式进行研究分析，根据实验和模拟结果，可以更好地研究Cr12钢冲蚀磨损的性能和机理，优选出了具有良好冲蚀磨损性能Cr12钢的热处理工艺。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 冲蚀磨损的研究现状

1．2．1 金属材料冲蚀磨损的研究

1．2．2 冲蚀磨损模型的研究现状

1．3 冲蚀磨损研究现状存在的问题

1．4 研究课题的目的、意义及内容

1．4．1 研究课题的目的

1．4．2 研究课题的意义

1．4．3 研究课题的内容

第2章 塑性材料冲蚀磨损理论

2．1 塑性材料的微切削理论

2．2 挤压作用及冲蚀的锻造挤压理论

2．3 冲蚀磨损的影响因素

2．3．1 冲蚀条件的影响

2．3．2 磨粒性能的影响

2．3．3 材料特性的影响

2．3．4 其他因素的影响

2．4 本章小结

第3章 Cr12钢冲蚀磨损性能研究

3．1 冲蚀磨损实验设备和磨料

3．1．1 冲蚀磨损实验装置

3．1．2 磨粒材料

3．2 实验试样材料Cr12钢

3．2．1 Cr12钢的机械性能

3．2．2 Cr12钢的热处理工艺

3．2．3 不同热处理工艺下Cr12钢的显微组织

3．3 冲蚀磨损实验

3．3．1 冲蚀磨损实验方法

3．3．2 冲蚀磨损量的测量

3．4 不同热处理工艺下Cr12钢的冲蚀磨损特性

3．4．1 不同热处理工艺下Cr12钢的冲蚀磨损性能

3．4．2 Cr12钢的硬度对冲蚀性能的影响

3．4．3 Cr12钢微观组织对冲蚀磨损性能的影响

3．5 本章小结

第4章 Cr12钢冲蚀磨损形貌及机理的研究

4．1 七种热处理工艺下Cr12钢冲蚀表面的SEM形貌及分析

4．2 Cr12钢的冲蚀磨损机理

4．2．1 微切削和犁削

4．2．2 材料表面的粒子嵌入

4．2．3 粒子冲击对表面材料的挤压锻造

4．3 本章小结

第5章 Cr12钢冲蚀磨损的有限元分析

5．1 ABAQUS软件的选择及特点

5．1．1 ABAQUS简介

5．1．2 ABAQUS求解的一般步骤

5．2 Cr12钢冲蚀磨损的有限元模型

5．2．1 粒子、靶材三维模型的建立

5．2．2 材料参数的确定

5．2．3 模型的接触、边界条件和速度的定义

5．2．4 模型网格的划分

5．2．5 模拟与计算

5．3 计算结果数据分析

5．4 多粒子重复冲击的模拟分析

5．5 有限元模型有效性的验证

5．6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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