脉冲磁场处理对20Cr2Ni4A材料力学性能与疲劳寿命的影响

论文摘要

随着科学技术的发展,对机械零件的性能提出了更高的要求。零件的力学性能是零件服役过程中最重要的性能,零件的疲劳寿命决定了零件的有效工作时长。在大多数机械零件中,在生产加工工艺流程中所引入的应力集中是其失效的根本原因。现有的通过改善应力来提高零件力学性能和疲劳强度的方法存在很多不足。脉冲磁场强化技术即将预置应力试样放置在外加脉冲磁场中进行磁化处理。脉冲磁场强化技术降低材料残余应力具有耗时短、无温升、操作方便、清洁无污染等众多优势。因此,研究脉冲磁场强化技术对金属材料力学性能和疲劳寿命的影响规律非常迫切。本文以常用的合金钢20Cr2Ni4A为研究对象,通过脉冲磁处理研究了脉冲磁处理以后材料残余应力的变化,对脉冲磁场对于零件的力学性能和疲劳寿命也做了一些探索。研究成果如下:(1)首先搭建了脉冲磁场强化试验机。通过对脉冲磁处理关于材料改性和脉冲磁处理设备的调研,设计了脉冲磁场试验机,并搭建了脉冲磁场强化试验机原理样机。为后面的研究奠定了设备基础。(2)通过磁力显微镜和透射电镜对脉冲磁场的磁化处理前后的2Cr2Ni4A材料的磁畴组织和位错组织进行观察,研究了其变化。发现了在一定参数的脉冲磁处理以后,材料的磁畴组织由迷宫畴转变为片状畴,而位错组织发生位错增殖、缠结和位错滑移。(3)通过X射线衍射残余应力测试仪和万能拉压实验机分别对20Cr2Ni4A材料的残余应力和屈服强度进行了研究。通过测试了脉冲磁处理对棒料直接取样、调质处理、喷丸处理等不同处理工艺的材料的残余应力的改变。(4)疲劳寿命是衡量机械零件工作性能的最重要的指标之一。本文通过万能拉压疲劳实验机分别对脉冲磁处理前后的20Cr2Ni4A材料的疲劳性能进行了研究。主要从材料三点弯曲疲劳寿命、材料拉压疲劳寿命和齿轮弯曲疲劳寿命三个方面进行了研究。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 铁磁性材料的磁化过程概述
•   1.3 磁处理技术的研究概况
•   1.4 脉冲磁处理对材料性能的研究概况
•     1.4.1 脉冲磁场关于残余应力的研究概况
•     1.4.2 脉冲磁场关于疲劳寿命的研究概况
•   1.5 研究目的与内容
• 第2章 脉冲磁处理试验机搭建
•   2.1 试验机设计要求
•   2.2 试验机设计方案
•   2.3 原理样机与仿真
•   2.4 本章小结
• 第3章 脉冲磁处理对20Cr2Ni4A微观组织的影响
•   3.1 实验材料和试验工艺
•     3.1.1 20Cr2Ni4A材料
•     3.1.2 实验方案
•   3.2 脉冲磁处理对材料磁畴的影响
•   3.3 脉冲磁处理对材料位错的影响
•     3.3.1 材料位错组织的观察
•     3.3.2 材料位错密度的计算
•   3.4 本章小结
• 第4章 脉冲磁处理对20Cr2Ni4A力学性能的影响
•   4.0 实验材料和试验工艺
•     4.0.1 实验材料准备
•     4.0.2 实验方案
•   4.1 脉冲磁处理对硬度的影响
•   4.2 脉冲磁处理对残余应力的影响
•   4.3 脉冲磁处理对屈服强度的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 脉冲磁处理对20Cr2Ni4A疲劳寿命的影响
•   5.1 脉冲磁处理对材料三点弯曲疲劳寿命的影响
•     5.1.1 实验材料准备
•     5.1.2 实验方案
•     5.1.3 实验结果
•   5.2 脉冲磁处理对材料拉压疲劳寿命的影响
•     5.2.1 实验材料准备
•     5.2.2 实验方案
•     5.2.3 实验结果
•   5.3 脉冲磁处理对齿轮弯曲疲劳寿命的影响
•     5.3.1 实验材料准备
•     5.3.2 实验方案
•     5.3.3 试验齿轮齿根应力计算
•     5.3.4 实验结果
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 个人简介
• 攻读硕士期间研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邵泉

导师: 康嘉杰,王海斗,赵磊

关键词: 脉冲磁场,微观组织,力学性能,疲劳寿命

来源: 中国地质大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,金属学及金属工艺

单位: 中国地质大学(北京)

基金: “国防973”计划与“十三五”装备预研共用技术项目

分类号: TG142.1;O346.2

DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000575

总页数: 78

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