马氏体不锈钢表面强化技术研究

马氏体表面硬度较低是制约其应用的重要因素。该研究将渗碳技术应用于马氏体不锈钢,并初步研究了该处理工艺下渗层和基体组织的性能。结果表明,经渗碳处理后马氏体不锈钢表面硬度获得大幅度提高,该处理工艺对基体组织的影响较小,基体硬度有所降低,但仍保持了马氏体不锈钢高硬度的特点。     

谐波减速器柔轮冷滚工艺及残余应力数值模拟

针对柔轮工作性能的特殊要求,分析并优化了传统柔轮冷滚压工艺模型,柔轮采用双圆弧齿廓曲线模型;依据修正的Johnson-Cook本构模型建立柔轮冷滚压成形有限元模型并加以验证。仿真结果表明,采用该模型能得到清晰的双圆弧齿形和较均匀的等效应变分布。文中还分析了不同工艺参数(进给速度、滚轮转速及摩擦系数)对柔轮轮齿表面残余应力的影响,结果表明:增大进给速度会降低轮齿表面的残余应力最大值,过大的进给速度会造成"凸起";适当降低滚轮转速和进给速度,可提高残余应力分布的均匀性;摩擦系数与残余压应力分布深度正相关.     

冷成型不锈钢部件力学性能的精确预测

冷加工截面构件的制作过程导致材料的力学性能和强度有明显的改变．本文提出了精确预测不锈钢材料和冷加工材料力学性能的研究结果．首先,本文对不锈钢材料提出了一种新的应力-应变关系模型,这种模型可以精确预测全范围内的拉应变和压应变．新的应力-应变模型采用3个基本的Ramberg—Osgood参数,并基于对已有试验数据的详细分析来定义．在论文的第二部分,提出了预测冷加工材料的应力-应变性能的有限元模型．该方法中,通过对压弯成形截面制作过程的数值模拟,以及在随后对Coupon测试的有限元模拟中以加工过程中所导致的残余应力和等效塑性应变作为初始状态,解释了冷加工材料的应力-应变性能．这种方法能够预测冷加工材料的拉伸和压缩的应力-应变性能．新提出的应力-应变模型以及有限元方法的精度通过和试验得到的应力-应变曲线的对比进行了验证．所提出的有限元方法和新的应力-应变模型可以在将来应用到原始材料和冷加工材料的关系中．     

316L不锈钢支架表面药物涂层的初步研究

高分子材料是影响316L不锈钢支架表面药物涂层性能的-个重要因素。以紫杉醇作为药物模型、以常用的3种医用高分子材料聚乙烯-乙烯醇(EVAL)、聚乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)和聚乳酸-乙交酯(PLGA)为涂层聚合物。对316L不锈钢支架表面EVAL、EVA和PLGA涂层的综合性能(包括涂层在基体表面的结合强度、药物在涂层中的溶解扩散性能、涂层的力学性能以及表面自由能和亲水性等)进行了详细的比较、研究。结果发现：选择EVA作为底层和药物层的材料比较合适,而PLGA是制备最外层涂层的理想材料。     

W离子注入奥氏体不锈钢的微动磨损性能

采用金属蒸气真空弧离子源,在奥氏体不锈钢上注入金属W离子,研究了W离子注入对奥氏体不锈钢微动磨损性能的影响.结果表明,W离子注入后不锈钢的表面硬度提高了3倍;W离子注入能够显著改善奥氏体不锈钢的微动磨损性能,降低微动磨损面积.这主要归因于离子注入造成的表面强化,以及离子注入在基体表面产生的压应力.     

钢表面激光熔覆铁/镍基合金熔覆层的组织与性能研究

针对提高20Cr13不锈钢的表面性能,采用激光熔覆技术在基体表面制备M2铁基和Ni60A镍基合金熔覆层;通过使用光学显微镜、显微硬度计以及电化学工作站对两种熔覆层进行金相组织、显微硬度和电化学腐蚀性能差异性研究;结果表明:铁基、镍基熔覆层与基体结合界面均有明显的白亮带,无气孔、裂纹等缺陷;铁基涂层微观组织主要由等轴晶和胞状晶组成,镍基涂层微观组织主要由和树枝晶组成;铁基涂层的显微硬度为5417 HV,镍基涂层的显微硬度为5923 HV,约为基体显微硬度（2207 HV）的2~3倍;铁基、镍基涂层均与20Cr13钢基体表面形成了较好的冶金结合,二者表面硬度均有了有显著提升,在熔覆区采用Ni60A镍基材料时的显微硬度要比采用M2铁基材料时的显微硬度高,而在热影响区部位两者显微硬度相差不大;铁基涂层的自腐蚀电位（-021 V）略高于镍基涂层的自腐蚀电位（-023 V）,铁基涂层的耐腐蚀性优于镍基涂层。     

结构材料维氏硬度与屈服应力的关系分析

利用传统力学试验方式直接获取实际工程结构的(如焊接接头)材料力学性能有时相当困难,而准确的材料力学参数是分析实际工程结构完整性的重要基础依据。鉴于获取材料表面维氏硬度相对容易,文中利用维氏硬度试验和ABAQUS有限元分析相结合的方式,分析了304奥氏体不锈钢维氏硬度与材料屈服应力的相关性,为复杂工程结构的材料力学参数确定提供了一条新的途径。     

20Cr13钢表面激光熔覆铁/镍基合金熔覆层的组织与性能研究

针对提高20Cr13不锈钢的表面性能,采用激光熔覆技术在基体表面制备M2铁基和Ni60A镍基合金熔覆层;通过使用光学显微镜、显微硬度计以及电化学工作站对两种熔覆层进行金相组织、显微硬度和电化学腐蚀性能差异性研究;结果表明:铁基、镍基熔覆层与基体结合界面均有明显的白亮带,无气孔、裂纹等缺陷;铁基涂层微观组织主要由等轴晶和胞状晶组成,镍基涂层微观组织主要由和树枝晶组成;铁基涂层的显微硬度为541.7 HV,镍基涂层的显微硬度为592.3 HV,约为基体显微硬度(220.7 HV)的2～3倍;铁基、镍基涂层均与20Cr13钢基体表面形成了较好的冶金结合,二者表面硬度均有了有显著提升,在熔覆区采用Ni60A镍基材料时的显微硬度要比采用M2铁基材料时的显微硬度高,而在热影响区部位两者显微硬度相差不大;铁基涂层的自腐蚀电位(-0.21 V)略高于镍基涂层的自腐蚀电位(-0.23 V),铁基涂层的耐腐蚀性优于镍基涂层。     

W离子注入奥氏体不锈钢的微动磨损性能

采用金属蒸气真空弧离子源，在奥氏体不锈钢上注入金属W离子，研究了W离子注入对奥氏体不锈钢微动磨损性能的影响．结果表明，W离子注入后不锈钢的表面硬度提高了3倍；W离子注入能够显著改善奥氏体不锈钢的微动磨损性能，降低微动磨损面积．这主要归因于离子注入造成的表面强化，以及离子注入在基体表面产生的压应力．     

谐波齿轮柔轮啮合点周向刚度的理论分析及仿真

为揭示柔轮结构对其啮合点周向刚度的影响规律,提升谐波齿轮的传动刚度,提出柔轮啮合点周向刚度的理论计算方法。该算法首先将周向力引起的柔轮啮合点变形拆分为筒体变形和齿体变形,分别推导周向力作用下柔轮杯底、光筒、齿圈和圆弧过渡部分的扭转变形及渐开线轮齿的弯曲和齿根转动的理论公式,并基于周向位移等效折算柔轮啮合点周向刚度;然后建立包含工艺结构及渐开线齿廓等真实结构的杯型柔轮实体单元有限元模型,对未装配变形柔轮模型和波发生器作用下产生装配变形的柔轮模型分别施加周向力,获得柔轮筒体和齿体的负载变形。有限元仿真结果表明:杯底对柔轮筒体的扭转刚度的影响最大,齿体弯曲在齿体变形中的占比最大;装配变形增加了柔轮筒体的刚度,使其负载周向变形减小了约10%;减小齿廓压力角、增大变位系数和齿宽,可提高齿体刚度;柔轮筒体和齿体变形的理论解与有限元解的偏差分别为1.3%和2.2%;啮合点周向刚度的理论解与有限元解的相对偏差为-5%,验证了该算法的有效性。     

304不锈钢超声表面纳米化后的表征

利用超声表面纳米化技术(ultrasonic nanocrystal surface modification,UNSM),采用4组静态载荷(70 N,90 N,110 N,130 N)分别在304不锈钢表面获得强塑形变形层,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD等研究了由表层到基体的显微特征、残余应力、硬度分布及相组成等.利用有限元方法探讨弹性模量及泊松比同时由表层到基体梯度增加时,弯曲试件内的正应力分布.结果表明:随静态载荷增大,304不锈钢表面强塑性变形层深度增加,表面硬度略有增大,表面残余压应力增大,γ相向α相的转变效应增强;随静荷载增大,试样表面粗糙度由于静荷载较大反而有所增加;表面纳米化处理后,弯曲试样截面最大正应力降低,回转弯曲疲劳条件下能有效提高材料寿命.     

基于光弹实验与有限元法的涂层/基体接触应力分析

表面涂层处理常用于保护机械零件表面、减少磨损和提高使用寿命,涂层上的应力分布对零件表面破坏有着重要的影响.文中以聚碳酸酯/环氧树脂为涂层/基体材料,采用光弹实验对受载的涂层/基体进行光弹条纹采集,根据实验条件利用Abaqus软件建立涂层/基体的有限元模型,分析不同涂层厚度和载荷下的应力分布情况.实验和数值分析结果表明:在接触应力场中,最大剪切应力出现在材料的次表层而非表层,随着加载量的增大,最大应力值逐渐向基体扩展;不同涂层厚度下,应力场在结合界面处出现较大的突变,主要是由涂层与基体的材料物理性能不一致导致;光弹实验和有限元法得到的应力分布基本上是一致的.     

残余应力对表面纳米化316L不锈钢疲劳性能影响

超声喷丸处理工艺在316L不锈钢表面制备出了纳米表面晶层,对表面纳米化后和未表面纳米化的316L不锈钢试样进行拉拉低周疲劳试验,然后对试件进行表面残余应力进行测试,并对表面纳米化后材料疲劳性能的影响机理进行了初步分析探讨.研究结果表明,超声喷丸表面纳米化处理可以有效使材料在表面产生残余压应力,并使得表面晶粒细化,从而有效抑制疲劳裂缝萌生,提高材料疲劳寿命.     

38CrMoAl与多种涂层材料的结合性能分析

利用ANSYS workbench软件对涂层与基体进行建模,采用有限元方法分析38CrMoAl基材与TiN、TiC、SiC和DLC涂层材料之间的结合力情况,研究了结合力随涂层不同及施加载荷不同的变化.结果表明:当TiN、TiC、SiC涂层与基体结合时,残余应力主要集中在涂层与基体的结合处,在涂层表面与基体内部的分布较为均匀,而DLC涂层由于具有较好的导热性,能够快速的将残余应力导向基体中;残余应力与扩散距离的关系在涂层表面处呈现非线性的变化,而在涂层界面和涂层整体则是随着应力扩散距离的增加,先急速减少再到基本保持不变.所以,采用适当的涂层制备工艺,对残余应力的改变与材料的使用性能会有很大的影响.     

基于数值模拟的铸钢基体堆焊锻模焊层厚度优化

为解决目前模具制造业中遇到的高成本、低寿命等问题,文中提出了一种基于铸钢基体的表面堆焊制备锻模的方法.针对其中焊接厚度的控制难题,将试验验证与计算机有限元数值分析相结合,建立了基于ZG310-570基体表面堆焊模具的有限元简化模型,采用热循环曲线法模拟铸钢基体模具表面堆焊及回火去应力过程,并分析温度场和不同焊接层厚度的残余应力场分布.结果表明:有限元数值分析能较好地模拟实际铸钢基体表面堆焊锻模的制备过程;基体近焊缝位置等效应力随焊接厚度的增加而降低,到焊层厚度为15 mm后趋于平稳;远离焊缝位置的残余应力随焊接厚度增加而逐渐升高,焊道对基体部位的影响也随之增大,使得铸钢基体材料在使用过程中出现缺陷的可能性显著增加.综合考虑焊接厚度对铸钢基体的影响及模具制造成本等因素,认定该工艺条件下铸钢基体表面堆焊层的最优厚度为15mm.     

双辉等离子法在Mo、Nb表面制Ir涂层微观结构比较

通过双层辉光等离子体表面渗金属方法,在难熔金属Mo、Nb表面成功制得Ir涂层,并对其微观结构和微观形貌进行分析.制得的铱涂层呈亮银白色,致密且表面均匀,无明显缺陷.XRD研究表明：Ir涂层呈多晶态,并沿（220）晶面优先生长,Nb基体上Ir涂层（220）晶面择优生长趋势明显高于Mo基体上Ir涂层（220）晶面择优生长趋势 Ir涂层由锥形晶构成,致密均匀,没有微观缺陷和微观裂纹.Ir涂层制备过程中,在基材表面形成了一个基材元素梯度分布的过渡层.过渡层的存在使得Ir涂层与基材结合良好 同时,Ir涂层遭受高密度离子轰击,在涂层内部产生高的残余压应力.利用纳米压痕仪测定了致密Ir涂层的硬度及弹性模量,并对其加载卸载曲线进行分析.由于基体热膨胀系数的差异,Nb基体上Ir涂层的残余压应力、表面硬度均大于Mo基体上Ir涂层.     

谐波齿轮柔轮有限元分析及结构参数优选

为了提高谐波齿轮传动的使用寿命,需要提高柔轮的强度。本文基于有限元分析软件ideas,建立谐波齿轮柔轮的有限元模型,对其进行静力学分析,得到了柔轮应力及位移分布规律,最大应力出现在柔轮齿根与光滑简体过渡处。并通过对柔轮结构参数的优选,得到了质量轻、强度大、刚度合格的柔轮。为谐波齿轮传动中柔轮设计参数的选择提供了有价值的参考。     

不同材料涂层/基体界面应力的有限元评价

涂层／基体结合强度是衡量喷涂质量的关键指标。利用有限元方法对涂层／基体剪切结合强度的测定方法进行了力学分析，着重讨论了涂层／基体交界面上的应力分布，然后，在此基础上，针对3种不同涂层材料（Al2O3、Al、Cr3C2/Ni-Cr），对涂层－基体交界面进行了应力分析，比较了不同的涂层材料性能对涂层／基体剪切结合强度的影响，给实际喷涂工艺有一定的指导意义。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。     

等离子熔射成形熔滴薄片沉积的模拟研究

采用等离子熔射成形技术制造的模具和零件,其涂层的性能受残余热应力的影响极大。为此建立了一个二维有限元模型,用于研究单个不锈钢熔滴薄片在碳钢基体上沉积时的温度场及残余热应力。结果显示,尽管在初始的凝固阶段薄片边缘的温度高于薄片中心的温度,但随后这两个位置的温度差却发生逆转。最大残余应力位于薄片与基体界面的边缘,且其大小随基体温度升高而减小,最小残余热应力则位于薄片上表面的边缘。残余热应力在薄片中表现为拉应力,而在基体中则表现为压应力。本研究可为在微观水平上理解等离子熔射成形的温度场和残余热应力分布提供基础。