不同温度对Inconel 718合金微动磨损行为的影响研究

Inconel 718高温合金在航空航天、燃气轮机和核电能源等领域有着广泛运用,为评价其在实际服役工况下的微动磨损性能,采用自主研制的高温微动磨损试验机开展切向微动磨损试验,研究并揭示不同环境温度下材料的微动运行行为、材料损伤响应和磨损机理。结果表明:环境温度对Inconel 718合金微动磨损区域特性及其损伤机理有较大影响。在不同位移幅值下,随着环境温度的升高,微动磨损均向完全滑移的方向转变。微动部分滑移区的磨损机制主要为黏着磨损,且随着温度的升高黏着加剧并在600℃转变为混合区。对于微动混合区或滑移区,其损伤机制由较低温度(室温和200℃)下的疲劳磨损主导转变为较高温度(400和600℃)下的黏着磨损和磨粒磨损主导,同时氧化磨损加剧。此外,环境温度的升高将不同程度加剧材料的微动损伤,其磨损率约为室温工况下的1.76~18.60倍,不同位移幅值下所导致最大磨损率的温度阈值亦不尽相同。研究结果为不同服役温度下Inconel 718合金的抗微动损伤防护提供了理论数据和应用参考。

基于轮轨力测量的新型轨道交通轮对智能运维监测系统研制

轮轨力直接反映了列车-线路耦合状态及车轮服役损伤水平,创新发展轮轨力在线测量技术对保障列车运行安全至关重要。简述了现有直接轮轨力测量系统的工作原理及存在的不足,通过传感器结构设计、数据融合算法及软件处理系统开发,研制了一种新型轨道交通轮对智能运维监测系统(RIM)。基于剪力法轮轨力测量原理,利用设计研发的钢轨卡装式H型剪力传感器组桥阵列及多通道信号重构技术实现了轮轨力的连续测量。同时,通过制定系统测区布置方案,提出各检测功能评价方法,并构建监测系统网络架构,能满足对车轮踏面损伤、车辆偏载及超员检测等功能需求。经某地铁公司现场实测验证,本系统无需对轨道结构进行任何改动,拆装方便快捷,并能连续重叠采集测量区间内的轮轨力信号,有效弥补了单个剪力测量点独立工作产生的测量盲区,实现了轮轨垂向力的米级连续在线测量。

大型复杂结构件几何参量在线精密测量系统搭建及工程应用

针对大型复杂结构件几何参量在线精密测量的技术难题,本文开展了基于多轴联动激光扫描和结构光三目视觉摄影的尺寸测量技术研究;通过结构方案设计、算法研究、软件开发及系统搭建,研制了针对不同测量对象的多套非接触式几何尺寸测量系统.测试校准结果表明,激光扫描测量系统在15 m距离的测量不确定度为2.656 mm,结构光三目视觉测量系统在7 m距离的测量结果不确定度为1.552 mm,均满足大型结构件的测量范围及精度要求.在此基础上,本文采用两种类型的测量系统同时对生产现场大型热态锻件外圆直径参数进行在线测量,重复测量误差均小于±4 mm,测量结果表现出良好的一致性.研究结果为大型结构件表面和内部几何尺寸的高精度在线测量提供了有效的技术方法和装备.

干态及润滑工况下离子氮化35CrMo钢微动磨损机理研究

针对变轨距高速列车锁紧机构的微动损伤问题,开展了表面工程防护研究.基于抗微动损伤的表面强化原则,对试验基材(35CrMo钢)进行等离子氮化处理及性能表征.采用自主研制的模块化多功能微动磨损测试系统,在干态及润滑工况下开展了微动磨损试验,揭示不同工况下离子氮化表面的磨损行为、能量耗散和损伤机理.结果表明:与基材相比,离子氮化表面的耐磨性显著提高,其主要磨损机理为磨粒磨损、剥层和氧化磨损.离子氮化处理生成的高硬度且粗糙的化合物层有利于在微动接触界面形成第三体磨屑床,发挥固体润滑作用.此外,适当添加的润滑脂能对磨屑形成分散和包覆,产生协同润滑作用,使基体磨损率降低约60%.研究结果为轨道车辆关键部件抗微动表面工程防护提供理论数据和应用参考.

DZ2车轴钢离子渗氮层的冲击磨损损伤演变研究

为解决变轨距高速列车转向架轮轴花键配合面承受动载时的冲击磨损问题,对DZ2车轴钢进行离子渗氮强化处理。采用一系列宏/微观方法表征离子渗氮表层相结构、表面形貌、显微组织及硬度梯度,并对渗氮层及调质态基体的冲击磨损动力学响应及损伤行为进行研究。结果表明:两类状态的试样抗冲击磨损性能差异显著,在相同冲击动能下,离子渗氮层的能量吸收率低于调质态材料,DZ2车轴钢离子渗氮后比原始调质态具有更好的耐冲击磨损性能。DZ2调质态材料以剥层磨损为主,接触区域摩擦氧化显著;离子渗氮表面损伤轻微,仅局部材料磨损剥落,摩擦氧化现象不明显。随冲击周次的提高,调质态材料磨损损伤加剧,损伤区域出现大量表面微裂纹和氧化磨屑堆积,而经离子渗氮处理材料损伤较轻微,冲击磨损表面未观察到裂纹萌生。离子渗氮工艺能有效增强变轨距车轴的抗冲击磨损性能。

配电网线路防结冰涂层构筑及其性能评价

随着我国电力系统的发展,配电网线路已经完成了多地域全覆盖,这其中必须承受广域多环境的不利影响,其中覆冰问题带来的负面影响尤为严重。使用疏水性涂层可以有效地预防配电网线路产生覆冰,与传统的机械、热力除冰法相比更节约人力和物力。因此,适用于线路的疏水涂层是现阶段改善配电网覆冰问题的研究重点。通过引入聚二甲基硅氧烷(PDMS)和SiO_(2)成分到环氧树脂中,成功制备了接触角大于145°的涂层,不仅显著优化了环氧涂层疏水性能,而且适用于铝绞线表面涂装。通过模拟低温和滴水自然覆冰条件,对比分析了涂覆不同疏水性能导线样品的表面覆冰质量、厚度及形貌等数据。结果表明,在-5℃时,涂覆添加有PDMS和SiO_(2)的环氧树脂涂层导线覆冰质量与原始导线相比降低了66.8%;如此的疏水涂层能够改变导线结冰的形貌,使总覆冰中冰挂质量的比例提升4%~6%,集中在导线下侧的冰挂更有利于配合机械法和热力融冰法进行清除。

EA4T车轴钢径切复合微动磨损特性研究

针对车辆轮轴过盈配合部存在的多模式复合微动损伤,开展了柱/柱正交接触下的EA4T车轴钢径切复合微动磨损特性研究.结果表明:摩擦力-位移-循环次数曲线(F_(t)-D-N曲线)表现为3种类型:准梯形型、梯形与椭圆交变型和直线型.分别对应完全滑移区、混合区和部分滑移区.径切复合微动的径向力与切向位移变化周期相同,径向力随切向位移的改变而改变.径切复合微动磨损的磨痕形貌呈彗星状,径向载荷较小侧更容易产生相对滑移,导致磨痕较深.完全滑移区与混合区的磨损机制主要为疲劳剥落、磨粒磨损及氧化磨损.在完全滑移区,F_(t)-D-N曲线为非对称的准梯形型,单次循环平均磨损量先增加后降低.在混合区,损伤程度降低,磨痕表面存在轻微的犁沟和剥落.在部分滑移区,接触区中心存在黏着,接触边缘发生微滑,损伤最轻微,磨损机制主要为黏着磨损.