新型轴用钢喷丸强化机理及摩擦磨损和接触疲劳性能研究

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随着高速重载车辆大功率与轻量化的发展趋势,传动轴的工况将进一步恶劣,磨损与疲劳失效加剧,新型轴用钢的研究迫在眉睫。25CrNi2MoV钢是一种新型的高速重载轴用钢,采用表面强化技术来提高其综合性能以及延长服役寿命,具有重要的工程意义,但目前对该材料的喷丸强化研究尚未见报道。本文通过对25CrNi2MoV钢进行喷丸强化,系统地研究了喷丸工艺参数对其表面性能、摩擦磨损性能与接触疲劳性能的影响,明晰了喷丸强化机理。主要研究内容如下:(1)研究了喷丸强化对25CrNi2MoV钢表面性能的影响。结果表明:喷丸强化使材料表面产生了具有一定厚度且经过剧烈塑性变形的强化层,提高了材料的表面粗糙度与表层显微硬度,细化了表层组织,增大了表面残余压应力。当喷丸气压、覆盖率与弹丸直径分别为0.6 MPa-300%-0.8 mm,0.2 MPa-300%-0.4 mm时,材料可获得最大表面硬度与表面残余压应力,最小表面粗糙度。(2)利用ABAQUS软件对25CrNi2MoV钢进行了喷丸强化有限元模拟研究。结果表明:当喷丸速度增大时,材料表面残余压应力依次增大,次表面最大残余压应力先增大后减小。当弹丸直径增大时,表面残余压应力先增大后减小,次表面最大残余压应力依次增大。当覆盖率增大时,材料表层的残余应力变化不明显。表面残余压应力模拟值与试验值的误差在10.5%~14.0%之间,表明了该喷丸强化有限元模型具有较高的准确性。(3)研究了喷丸强化对25CrNi2MoV钢摩擦磨损性能的影响。结果表明:在具有最大表面硬度与残余压应力的喷丸工艺参数(0.6 MPa-300%-0.8 mm)下,材料获得最优的抗滑动与微动磨损性能,其滑动与微动磨损体积分别降低了36.1%与33.4%。经喷丸强化后,材料的微动磨损机制由以粘着磨损为主转变为以磨粒磨损为主。(4)研究了喷丸强化对25CrNi2MoV钢接触疲劳性能的影响。结果表明:随着喷丸强度的增大,材料的接触疲劳寿命先增大后减小。当喷丸强度为0.423 mm A时,材料获得最大的接触疲劳寿命,其额定寿命(L10)、中值寿命(L50)与特征寿命(L63.2)分别是原始样对应寿命的4.24倍、3.47倍和3.34倍。原始样的接触疲劳失效形式主要为疲劳剥落与分层,喷丸处理试样的失效形式主要为点蚀与疲劳剥落。
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