论文部分内容阅读
在凸轮式制动器的服役过程中,制动蹄腹板弧面和支撑销之间往往存在剧烈的干滑动摩擦磨损。中频淬火技术虽然能够有效提高制动蹄腹板的硬度和腹板弧面的耐磨性能,但该技术存在加工效率低下、热处理变形难以控制等缺点。基于对仿生耦合原理及激光表面纹理化技术的研究,本文提出了一种可能替代中频淬火技术以改善制动蹄腹板弧面耐磨性能的仿生激光纹理化技术,并以制动蹄腹板材料C30碳素钢为研究对象,研究了条状仿生激光纹理特征量的变化对C30碳素钢干摩擦耐磨性能的影响。在受到耐磨生物表面软硬相间特征及非光滑形貌的启发后,本文首先采用脉冲激光在C30碳素钢试样上制造了分布间距特征量,分布均匀性特征量及分布方向特征量各异的三组条状仿生激光纹理。随后,通过干摩擦试验和磨损失重分析,本文对比了仿生激光纹理化试样,淬火试样及未处理C30碳素钢试样的干摩擦耐磨性能。通过显微分析及硬度测试,本文研究了条状激光纹理的组织及硬度特征,仿生试样的表界面磨损形貌及仿生纹理磨损前后的表面轮廓特征。通过有限元模拟分析,本文研究了各种试样表面模型受载时的表面应力分布特征。研究结果表明:随着仿生纹理的中心间距从2.5 mm增大到3.5 mm,仿生试样逐渐呈现出软硬相间的表面特征,磨损后的仿生试样逐渐呈现出非光滑形貌,试样的耐磨性能将有所提高;随着仿生纹理的中心间距从3.5 mm增大到5.0 mm,不耐磨软相的表面占比逐渐增大,试样的耐磨性能将逐渐下降。非均匀仿生纹理将导致磨损后的仿生试样出现大范围的表面起伏和局部的应力集中;均匀仿生纹理能使仿生试样上的载荷得到合理的分配,能使仿生试样的摩擦磨损过程更加稳定,从而能够有效降低试样的磨损率。相比于垂直或平行于滑动摩擦方向的仿生纹理,与滑动摩擦方向呈一定夹角的仿生纹理磨损率更小。中心间距3.5 mm且与滑动摩擦方向呈45°角的条状仿生激光纹理既能防止试样表面被持续犁削,又能有效疏散游离磨砺,从而能将C30碳素钢的干摩擦耐磨性能提高70.4%。相比之下,淬火试样虽然具有较高的表面硬度,但不具有软硬相间的表面特征,磨损后不会形成能够阻碍磨砺的非光滑表面结构,淬火热处理只能将C30碳素钢的干摩擦耐磨性能提高58.5%。