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关键词： 超音速火焰喷涂   多主元合金   铜板   涂层   磨损  

摘要： 针对连铸结晶器铜板在服役过程中的磨损失效问题，采用超音速火焰喷涂（HVOF）技术在结晶器铜板表面制备了NiCrCoBSi自熔性多主元合金涂层，以提高铜板的耐磨性能。利用XRD、SEM、TEM等方法研究了NiCrCoBSi涂层的微观结构；借助摩擦磨损设备对其耐磨性进行评价，并与市场化占有率最高的电镀NiCo涂层进行对比。结果表明：NiCo涂层为单相面心立方（FCC）固溶体结构，而NiCrCoBSi涂层的主要物相包括FCC固溶体、CrB和M23C6。与NiCo涂层相比，NiCrCoBSi涂层的硬度提高了95%，而断裂韧性只下降了5.4%。磨损测试后发现两种涂层的磨损机制均以黏着磨损、疲劳磨损为主，伴随着少量磨料磨损。NiCrCoBSi涂层表现出优异的耐磨性和较低的摩擦因数，其磨损率较NiCo涂层降低了81%。NiCrCoBSi涂层耐磨性较高的主要原因是其较高的硬度、内部的各种硬质耐磨相以及磨损表层的加工硬化。这是因为在循环载荷作用下，涂层产生塑性变形，涂层的硬质相在塑性变形过程中被切割、旋转，导致碳化物及硼化物被细化和球化，从而提升了磨损表层的硬度。制备了具有优异高温耐磨性能的NiCrCoBSi自熔性多主元合金涂层，为长寿命铜及其合金涂层的开发提供了理论依据和技术参考。

关键词： 疏浚   低合金马氏体钢   碳含量   耐磨蚀性能   磨损-腐蚀耦合作用  

摘要： 随着国家海洋战略的不断推进,大规模吹填造陆和航道疏浚工程的陆续开展,疏浚行业得到前所未有的发展。疏浚用挖掘和过流部件,如刀齿、管线和泥泵等,面临着严重的砂石磨损和海水腐蚀,且磨损和腐蚀相互促进,进一步加速了材料损失。提升材料抗磨蚀性能,延长装备使用寿命,对于提高疏浚效率和经济效益意义重大。尽管低合金钢已大量应用于海洋疏浚装备刀齿和管线的制造,但对其在海洋疏浚环境下的磨蚀行为和失效机理研究不足,这不利于合理选材和新材料的开发。 基于以上背景,本文制备了不同碳含量的低合金钢(碳含量范围:0.1～0.6%),通过淬火+低温回火工艺获得马氏体组织,并与Q355钢进行了对比研究。首先研究了试验钢在不同模拟工况条件下的磨蚀损伤演变过程,然后研究了硬度对试验钢总磨蚀速率和磨蚀各分量(纯磨损、纯腐蚀和交互作用)的影响规律和微观机理,最后探讨了疏浚耐磨蚀钢性能提升的思路和方向。主要研究结果如下: (1)试验钢的总磨蚀速率随着时间延长先快后慢然后在约3.8 h后趋于稳态,这与表面形变硬化层的演变密切相关。随着时间延长,形变硬化层逐渐加深并趋向于稳定。低硬度钢塑性变形严重导致阳极点形成后无法保留,最终呈现塑性变形疲劳为主的损伤形貌,伴随有犁沟损伤;高硬度钢塑性变形降低导致阳极点能持续发展导致形成磨蚀坑,最终呈现塑性变形疲劳和磨蚀坑的损伤形貌,同样伴随有犁沟损伤。通过改变外部因素而增加机械磨损也会使得阳极点难以发展,从而增加钢表面的塑性变形损伤。 (2)随着硬度的增加,试验钢总磨蚀速率和纯磨损速率均表现出先快后慢再快的下降趋势;在中等硬度范围内(460～600 HV),增加钢的硬度对耐磨蚀性的提升作用较小。研究发现,中等硬度钢在颗粒反复冲击变形作用下,在亚表层诱发横向微裂纹,微裂纹扩展连接后导致片层剥落现象,从而加剧了磨损损伤;而高硬度钢(～710HV)表面变形轻微,难以诱发微裂纹和片层剥落,从而导致其磨蚀速率明显降低。 (3)机械磨损是造成总损伤的首要因素,占比达到47.4～62.7%,硬度越高,机械磨损占比就越小;磨损-腐蚀交互作用是造成总损伤的第二位因素,占比为28.4～38.4%,随着硬度增加交互作用先减少后增加。这是由于低硬度时交互作用由磨损主导,而高硬度时交互作用由腐蚀主导。磨蚀坑的形成是磨损促进腐蚀的主要体现。纯腐蚀占比约2.8～14.2%,碳含量越高,纯腐蚀占比就越大。试验钢静态腐蚀和流动腐蚀速率均随碳含量增加而增大,这是由于碳含量增加后加速了阴极反应,提高了微区的电偶腐蚀速率从而加速了腐蚀;而流动腐蚀速率显著高于静态腐蚀速率,前者约为后者的24.0～42.1倍。 (4)提出了疏浚用低合金钢今后的研究方向:(a)提高马氏体钢的韧塑性以减轻片层剥落导致的材料损失;(b)提高钢的耐蚀性,从而降低磨损与腐蚀的交互作用;(c)鉴于珠光体/铁素体组织在同硬度下表现出良好的抗磨蚀性且其易于加工成型,有必要探索中高碳珠光体/铁素体钢的抗磨蚀性能。

关键词： 齿面磨损   动态载荷   齿面误差   接触应力   腹板式齿轮  

摘要： 齿轮因其传动精确、效率高和结构紧凑等特点被广泛应用于机械工程的各个领域。在其运行过程中,齿面磨损在不断累积,进而造成传动精度降低、传动误差增加、噪声和振动加剧、齿面动载荷增加等影响,因此研究复杂齿轮表面的磨损过程就显得尤为关键。本文建立了考虑齿面误差的齿轮齿面准静态和动态磨损预测模型,并根据此模型研究了齿轮几何与工作参数、不同修形方式和不同误差对齿面磨损的影响,以及分析了磨损前后齿轮啮合刚度、动态传递误差和动态接触应力的变化。 (1)利用齿面承载接触分析模型和齿轮啮合理论对接触应力、滑动距离和磨损系数进行了计算,基于Archard磨损模型建立了齿轮副齿面准静态磨损预测模型。通过和以往齿面磨损模型进行对比验证,确定了建立模型的准确性。并根据齿轮副齿面准静态磨损预测模型计算、分析了不同参数对齿面磨损的影响。 (2)建立齿轮系统动力学模型,将动力学模型与齿面承载接触分析模型相结合,计算出齿面动载荷、动态接触应力,将其代入到齿轮副齿面准静态磨损预测模型中,形成齿轮副齿面动态磨损预测模型。将模型计算结果与以往试验结果进行对比,验证了齿面动态磨损预测模型的准确性。随后根据此模型对比分析了齿轮齿面动态磨损和准静态磨损的区别,计算、研究了不同转速对齿面动态磨损的影响。 (3)在齿轮副齿面动态磨损预测模型中代入修形和误差,计算不同修形情况下的齿面动态磨损,并分析了磨损前后啮合刚度、动态传递误差和动态接触应力的变化。又研究了含误差齿轮在不同输入扭矩下齿面磨损差异以及相同输入扭矩不同误差幅值齿轮的齿面磨损差异。 (4)将有限元法融入模型,使模型能够计算腹板式齿轮齿面磨损,并利用该模型讨论了不同的腹板偏置、腹板厚度和轮缘厚度对动态接触应力和齿面磨损的影响。计算了腹板式修形齿轮的齿面磨损,模拟出了腹板式修形齿轮齿面动态磨损过程中动态接触应力的变化。 综上所述,本文建立了考虑齿面误差的齿轮副齿面准静态和动态磨损预测模型,对不同参数齿轮磨损深度进行了计算,分析了磨损前后齿轮啮合刚度、动态传递误差和动态接触应力的变化,对提高齿轮传动精度、减振降噪和延长寿命等具有重要现实意义。

关键词： 钢丝绳  

ISBN: (纸本)9787122459633

摘要： 本书介绍了钢丝绳内部微动摩擦磨损特性和断裂失效机理方面的研究成果。主要内容包括：探析钢丝绳动力学特性及内部钢丝间接触力学行为，研制钢丝绳内部摩擦磨损模拟试验装置，揭示不同接触参数、接触形式、干摩擦、脂润滑、淋水、腐蚀、粉尘等复杂工况下钢丝绳内部微动摩擦特性和磨损机理，对比不同环境工况下不同接触形式钢丝间摩擦学行为，分析复杂工况下钢丝剩余强度及疲劳寿命演变规律，以及揭示钢丝绳内部钢丝断裂失效机理。

关键词： 泥沙磨损   分流叶片   撞击速度   混流式水轮机  

摘要： 在含沙水流条件下运行的水轮机，泥沙颗粒易引起过流部件材料磨损破坏、诱发不稳定流动甚至机械振动，严重影响电站的安全稳定运行及经济效益。该文采用基于颗粒输运模型耦合修正的Oka壁面侵蚀模型，联合SSTk-ω湍流模型对原始混流式水轮机和转轮增加分流叶片的新水轮机方案分别开展水沙两相数值研究，以探究分流叶片对水轮机泥沙磨损特性及水力性能的影响，其中Oka壁面侵蚀模型通过修改速度指数及冲击角常数以获取更准确的壁面磨损特性。研究发现，增加分流叶片后，在90%、65%和40%额定负荷工况下，水轮机的水力效率分别提升0.3%、0.5%和0.2%。转轮叶片吸力面头部及叶片出水边附近的相对速度被降低，40%额定负荷工况下，转轮叶道中靠近压力面的旋涡结构被显著抑制。原始转轮叶片最大的泥沙侵蚀率发生在叶片出水边靠近下环附近，且随负荷的减小，叶片压力面磨损强度逐渐降低，而吸力面不同工况之间的侵蚀强度比较接近。采用分流叶片的新转轮方案，叶片表面磨损率均显著降低，这与转轮内流动结构改善，泥沙颗粒对转轮叶片的撞击速度降低有关。该文揭示了分流叶片对水轮机内部流动及磨损特性的改善作用机制，可为水轮机抗泥沙磨损优化提供参考。