激光熔覆HSS涂层滚滑动摩擦磨损及热疲劳损伤研究

针对再制造轧辊使用过程中受高压高温作用,轧件易发生复杂的失效行为,文章采用激光熔覆技术在球墨铸铁芯材上制备M4高速钢(high-speed steel,HSS)涂层,利用高温滚滑动摩擦磨损与热疲劳试验机研究HSS涂层的摩擦磨损及热疲劳性能。结果表明:HSS涂层显微组织主要为马氏体、少量残留奥氏体和合金碳化物,涂层维氏硬度为823 HV 0.5,具有良好的耐磨性、耐热性。在滚滑动摩擦磨损形式下,随着表面接触温度的升高,涂层磨损机制发生改变,磨损量逐渐降低。440℃时表现为疲劳磨损和轻微氧化磨损,525℃时表现为氧化磨损和疲劳磨损,580℃时以氧化磨损为主。

EMD与改进SVD联合的脉冲涡流检测信号降噪方法

针对脉冲涡流检测信号非平稳性特点和强背景噪声干扰问题,提出一种经验模态分解(EMD)与改进奇异值分解(SVD)联合的信号降噪方法。首先将信号经EMD分解成一系列的固有模态函数(IMFs),根据各固有模态函数与原信号相关系数,将固有模态函数分为信号主导分量和噪声主导分量。然后使用改进SVD降噪方法对噪声主导分量进行降噪,并与信号主导分量重构得到降噪信号。基于仿真信号和实测信号对新方法的优越性和有效性进行验证,在对实测信号采用该方法处理后,结果表明该方法能将涡流检测信号信噪比提高至30.95 dB,均方误差降低至0.0260,能有效消除强噪声的干扰,为信号特征量的准确提取奠定基础。

基于在线监测的曲轴主动再制造时机识别

针对机电产品主动再制造时机难以确定的问题,基于主动再制造时域分析理论,以发动机关键零件曲轴为研究对象,提出了一种基于在线监测的曲轴主动再制造时机识别方法。以磨损量为曲轴间接性能评价指标,结合发动机加速磨损试验,监测不同曲轴磨损量下的发动机振动信号,并运用希尔伯特-黄变换提取振动信号特征,构建特征与磨损量之间的映射关系,从而实现在役曲轴的主动再制造时机识别。应用结果表明,该方法能够以较高精度监测曲轴磨损量,识别在役曲轴主动再制造时机,有效解决了服役期间由于外部不确定因素而造成的曲轴再制造毛坯质量不确定性问题。

高速钢工作辊温度分布和考虑平均应力的热疲劳寿命研究

高速钢工作辊在热轧过程中需承受严苛的循环热载荷,导致热疲劳成为工作辊失效的一个重要原因,而相关研究大多忽略了轧辊热轧过程中平均应力的影响。为此,文章建立真实工况下的工作辊热轧过程模型,应用Manson-Coffin公式仿真分析考虑平均应力影响的工作辊热疲劳寿命。分析结果表明:工作辊咬合区表面存在巨大的温度梯度和热应力梯度,循环的热应力应变导致工作辊热疲劳失效;不考虑平均应力工作辊热疲劳寿命为387 614转,而考虑平均应力后工作辊热疲劳寿命为464 727转,比不考虑平均应力的寿命提升19.9%;考虑平均应力的影响使得Manson-Coffin公式在工作辊热轧过程中的热疲劳计算更符合实际。

再制造工作辊热轧退化脉冲涡流在线监测方法研究

再制造工作辊熔覆层在高温潮湿的工作环境中易发生复杂的氧化退化行为,而其辊面性能的下降对轧件质量会产生巨大影响。通过热轧模拟试验揭示了工业热轧条件下的再制造工作辊辊面退化过程,发现热轧过程中高速钢熔覆层发生马氏体基体碳析出以及合金碳化物的分解与析出,引发熔覆层硬度下降和马氏体基体磁性软化。基于熔覆层马氏体基体磁性软化现象,构建了一套高速钢再制造氧化退化过程的脉冲涡流监测方法与系统,并提出一种变分模态分解-希尔伯特(Variational mode decomposition-Hilbert,VMD-Hilbert)方法,该方法可在脉冲涡流相应信号中有效提取再制造高速钢工作辊熔覆层的退化信息。最后,以0~5 000 Hz频率内脉冲涡流信号的边际谱加权和为新特征,实现再制造高速钢工作辊热轧退化状态的定量表征。所构建的脉冲涡流在线监测方法可适用于监测各类再制造工作辊的高温退化过程,具有广阔应用前景。

考虑多辊修磨关系的轧辊主动再制造设计方法

对轧辊主动再制造时机的研究是解决其再制造不确定性问题的有效途径。针对轧钢生产线上各轧辊间面向主动再制造的修磨时机差异性较大、应用时需频繁停机等问题,提出了一种耦合损伤情况下考虑多辊间修磨关系的轧辊主动再制造设计方法。该方法通过工艺参数优化对各轧辊修磨时机进行调控和匹配,以达到在轧机线修磨时机点统一修磨的目的,解决了修磨和再制造时间不确定、频繁停机等问题。以某轧钢生产线的F5精轧机工作辊为对象,结合其工况及损伤特征,利用损伤理论、有限元仿真分析以及回归分析等方法,验证了所提主动再制造设计方法的可行性。