高速列车制动盘激光熔覆工艺优化及熔覆层高温性能研究
发布时间：2022-10-10 14:49
制动系统是高速列车安全系统中最重要的部件之一,在长期运行过程中,制动盘表面会受到摩擦磨损以及高温热疲劳而失效。由于制动盘的磨损或是热疲劳失效,它通常仅发生在摩擦面的表面及近表面上,因此通过表面强化技术可以提高制动盘的耐磨性能和高温下的热稳定性,具有重要的应用价值,在表面强化技术中,激光熔覆由于其高界面结合强度,热影响区和热变形较小而被广泛使用,通过激光熔覆技术开发适用于制动盘制动条件的金属基复合材料,以改善制动盘的摩擦磨损以及高温热稳定性能,进而延长制动盘的服役寿命,降低列车的维护成本。激光熔覆过程中由于反复的热输入以及快冷快热的特点,裂纹问题是此项技术的最大难题之一,而熔覆层的裂纹主要与单道熔覆层的形貌以及熔覆层的残余应力分布有关,本文从熔覆粉体材料的选择、单道熔覆层的形貌优化、工艺参数对多层多道熔覆层的应力分布的影响规律,确定激光熔覆的工艺参数以及应力调控策略。采用金相、显微硬度、X射线测试仪、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）等手段分析了熔覆层及基体材料的组织、硬度、残余应力分布规律、元素分布等;针对本文制动盘的工程应用背景,通过微型剪切试验、高...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 高速列车制动盘失效形式
1.2.1 制动盘异常磨损失效
1.2.2 制动盘高温氧化与热疲劳失效
1.3 制备长寿命强化涂层
1.3.1 激光熔覆表面强化技术
1.3.2 激光熔覆粉体材料
1.4 激光熔覆工艺国内外参考文献
1.4.1 工艺参数对单道熔覆层形貌影响国内外研究现状
1.4.2 工艺参数对多层多道熔覆层应力分布影响国内外研究现状
1.5 激光熔覆高温氧化与热疲劳性能国内外研究现状
1.6 论文研究内容
第二章 实验材料及实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 制动盘材料
2.1.2 激光熔覆粉体选择
2.2 激光熔覆系统
2.3 熔覆层组织形貌与物相分析
2.3.1 光学显微组织分析
2.3.2 扫描电子显微镜观察
2.3.3 XRD物相分析
2.4 熔覆层性能研究方法及设备
2.4.0 残余应力测试
2.4.1 硬度测试
2.4.2 微型剪切试验
2.4.3 高温循环氧化试验
2.4.4 高温热疲劳试验
第三章 激光熔覆单道熔覆工艺优化
3.1 基于神经网络的熔覆层形貌优化与MATLAB实现
3.1.1 神经网络基本原理
3.1.2 BP神经网络及MATLAB实现方法
3.1.3 基于BP神经网络的熔覆层形貌预测
3.2 神经网络的算法优化
3.2.1 极限学习机神经网络基本原理及MATLAB实现方法
3.2.2 基于极限学习机神经网络的熔覆层形貌预测
3.3 单道熔覆层工艺选择
3.4 本章小结
第四章 激光熔覆工艺对多层多道熔覆层应力分布的影响
4.1 熔覆层不同层数对应力分布的影响
4.2 熔覆层不同厚度对应力分布的影响
4.3 扫描路径对熔覆层应力分布的影响
4.4 激光比能量对熔覆层应力分布的影响
4.4.1 激光功率对熔覆层应力分布的影响
4.4.2 扫描速度对熔覆层应力分布的影响
4.4.3 激光比能量对熔覆层应力分布影响的综合分析
4.5 预热温度对熔覆层应力分布的影响
4.6 多层多道熔覆层工艺选择与组织分析
4.7 本章小结
第五章 制动盘基体材料与熔覆层高温性能综合评估
5.1 制动盘基体材料与熔覆层高温氧化性能对比与分析
5.1.1 基体材料与熔覆层高温氧化动力学曲线
5.1.2 基体材料与熔覆层氧化形貌及组织变化过程分析
5.1.3 基体材料与熔覆层氧化膜物相变化过程分析
5.1.4 基体材料与熔覆层显微硬度变化过程分析
5.1.5 基体材料与熔覆层各微区力学性能变化过程分析
5.2 制动盘基体材料与熔覆层高温热疲劳性能对比分析
5.2.1 基体材料热疲劳裂纹扩展规律
5.2.2 熔覆层材料热疲劳裂纹扩展规律
5.3 热处理优化熔覆层热疲劳性能
5.3.1 热处理对熔覆层组织及热疲劳性能影响
5.3.2 热处理对熔覆层显微硬度的影响
5.3.3 熔覆层剪切强度及压入率分析
5.3.4 熔覆层剪切断口分析
5.4 本章小结
结论与展望
结论
展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表论文及专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]310S耐热不锈钢高温循环氧化性能[J]. 任培东,宋仁伯. 钢铁研究学报. 2017(10)
[2]不同预热温度下宽带激光熔覆铁基涂层数值模拟[J]. 蔡春波,李美艳,韩彬,王勇,李锦. 应用激光. 2017(01)
[3]激光熔覆技术的应用现状与未来发展[J]. 杨胶溪,靳延鹏,张宁. 金属加工(热加工). 2016(04)
[4]00Cr25Ni22Mo2N奥氏体不锈钢的高温氧化行为[J]. 李磊,陈伟,陈德敏,杨柯. 钢铁. 2016(01)
[5]激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟[J]. 李美艳,韩彬,蔡春波,王勇,宋立新. 焊接学报. 2015(05)
[6]激光熔覆高硬涂层裂纹控制研究[J]. 张栋栋,石岩,刘佳,张宏. 应用激光. 2014(01)
[7]Fe314合金熔覆层残余应力激光冲击消除机理[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,肖爱民,鲁金忠. 中国激光. 2013(10)
[8]碳钢表面氩弧熔覆镍基复合涂层的强化机制[J]. 郭国林. 热加工工艺. 2013(16)
[9]制动盘摩擦面热损伤的形成机理分析[J]. 杨智勇,李志强,李卫京,陈跃,韩建民. 铁道机车车辆. 2012(03)
[10]激光熔覆铁基合金涂层的高温氧化性能[J]. 韩彬,李美艳,王勇. 中国激光. 2011(08)
博士论文
[1]高速列车合金锻钢制动盘寿命评估研究[D]. 李继山.铁道部科学研究院 2006
硕士论文
[1]高速列车制动盘激光熔覆工艺及性能研究[D]. 马元明.西南交通大学 2017
[2]高速列车铸钢制动盘热疲劳性能研究及寿命预测[D]. 岑升波.西南交通大学 2016
[3]后热处理对激光熔覆自润滑耐磨复合涂层组织和性能的影响[D]. 陆小龙.苏州大学 2016
[4]B2模具钢激光熔覆层微观组织与疲劳性能的研究[D]. 王明瑜.吉林大学 2015
[5]P20模具钢的双层回火激光熔覆修复技术研究[D]. 刘京.上海交通大学 2013
[6]制动盘材料摩擦热斑的试验研究与数值模拟[D]. 于大海.北京交通大学 2011
[7]送粉式激光熔覆质量预测与熔覆过程数值模拟[D]. 杨贤群.哈尔滨工业大学 2008
[8]高速列车制动盘失效分析与材料逆向设计[D]. 汤伟杰.西南交通大学 2007
[9]激光快速成形金属零件力学行为研究[D]. 杨健.西北工业大学 2004
本文编号：3689823
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 高速列车制动盘失效形式
1.2.1 制动盘异常磨损失效
1.2.2 制动盘高温氧化与热疲劳失效
1.3 制备长寿命强化涂层
1.3.1 激光熔覆表面强化技术
1.3.2 激光熔覆粉体材料
1.4 激光熔覆工艺国内外参考文献
1.4.1 工艺参数对单道熔覆层形貌影响国内外研究现状
1.4.2 工艺参数对多层多道熔覆层应力分布影响国内外研究现状
1.5 激光熔覆高温氧化与热疲劳性能国内外研究现状
1.6 论文研究内容
第二章 实验材料及实验方法
2.1 实验材料
2.1.1 制动盘材料
2.1.2 激光熔覆粉体选择
2.2 激光熔覆系统
2.3 熔覆层组织形貌与物相分析
2.3.1 光学显微组织分析
2.3.2 扫描电子显微镜观察
2.3.3 XRD物相分析
2.4 熔覆层性能研究方法及设备
2.4.0 残余应力测试
2.4.1 硬度测试
2.4.2 微型剪切试验
2.4.3 高温循环氧化试验
2.4.4 高温热疲劳试验
第三章 激光熔覆单道熔覆工艺优化
3.1 基于神经网络的熔覆层形貌优化与MATLAB实现
3.1.1 神经网络基本原理
3.1.2 BP神经网络及MATLAB实现方法
3.1.3 基于BP神经网络的熔覆层形貌预测
3.2 神经网络的算法优化
3.2.1 极限学习机神经网络基本原理及MATLAB实现方法
3.2.2 基于极限学习机神经网络的熔覆层形貌预测
3.3 单道熔覆层工艺选择
3.4 本章小结
第四章 激光熔覆工艺对多层多道熔覆层应力分布的影响
4.1 熔覆层不同层数对应力分布的影响
4.2 熔覆层不同厚度对应力分布的影响
4.3 扫描路径对熔覆层应力分布的影响
4.4 激光比能量对熔覆层应力分布的影响
4.4.1 激光功率对熔覆层应力分布的影响
4.4.2 扫描速度对熔覆层应力分布的影响
4.4.3 激光比能量对熔覆层应力分布影响的综合分析
4.5 预热温度对熔覆层应力分布的影响
4.6 多层多道熔覆层工艺选择与组织分析
4.7 本章小结
第五章 制动盘基体材料与熔覆层高温性能综合评估
5.1 制动盘基体材料与熔覆层高温氧化性能对比与分析
5.1.1 基体材料与熔覆层高温氧化动力学曲线
5.1.2 基体材料与熔覆层氧化形貌及组织变化过程分析
5.1.3 基体材料与熔覆层氧化膜物相变化过程分析
5.1.4 基体材料与熔覆层显微硬度变化过程分析
5.1.5 基体材料与熔覆层各微区力学性能变化过程分析
5.2 制动盘基体材料与熔覆层高温热疲劳性能对比分析
5.2.1 基体材料热疲劳裂纹扩展规律
5.2.2 熔覆层材料热疲劳裂纹扩展规律
5.3 热处理优化熔覆层热疲劳性能
5.3.1 热处理对熔覆层组织及热疲劳性能影响
5.3.2 热处理对熔覆层显微硬度的影响
5.3.3 熔覆层剪切强度及压入率分析
5.3.4 熔覆层剪切断口分析
5.4 本章小结
结论与展望
结论
展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间发表论文及专利
【参考文献】：
期刊论文
[1]310S耐热不锈钢高温循环氧化性能[J]. 任培东,宋仁伯. 钢铁研究学报. 2017(10)
[2]不同预热温度下宽带激光熔覆铁基涂层数值模拟[J]. 蔡春波,李美艳,韩彬,王勇,李锦. 应用激光. 2017(01)
[3]激光熔覆技术的应用现状与未来发展[J]. 杨胶溪,靳延鹏,张宁. 金属加工(热加工). 2016(04)
[4]00Cr25Ni22Mo2N奥氏体不锈钢的高温氧化行为[J]. 李磊,陈伟,陈德敏,杨柯. 钢铁. 2016(01)
[5]激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟[J]. 李美艳,韩彬,蔡春波,王勇,宋立新. 焊接学报. 2015(05)
[6]激光熔覆高硬涂层裂纹控制研究[J]. 张栋栋,石岩,刘佳,张宏. 应用激光. 2014(01)
[7]Fe314合金熔覆层残余应力激光冲击消除机理[J]. 闫世兴,董世运,徐滨士,王玉江,肖爱民,鲁金忠. 中国激光. 2013(10)
[8]碳钢表面氩弧熔覆镍基复合涂层的强化机制[J]. 郭国林. 热加工工艺. 2013(16)
[9]制动盘摩擦面热损伤的形成机理分析[J]. 杨智勇,李志强,李卫京,陈跃,韩建民. 铁道机车车辆. 2012(03)
[10]激光熔覆铁基合金涂层的高温氧化性能[J]. 韩彬,李美艳,王勇. 中国激光. 2011(08)
博士论文
[1]高速列车合金锻钢制动盘寿命评估研究[D]. 李继山.铁道部科学研究院 2006
硕士论文
[1]高速列车制动盘激光熔覆工艺及性能研究[D]. 马元明.西南交通大学 2017
[2]高速列车铸钢制动盘热疲劳性能研究及寿命预测[D]. 岑升波.西南交通大学 2016
[3]后热处理对激光熔覆自润滑耐磨复合涂层组织和性能的影响[D]. 陆小龙.苏州大学 2016
[4]B2模具钢激光熔覆层微观组织与疲劳性能的研究[D]. 王明瑜.吉林大学 2015
[5]P20模具钢的双层回火激光熔覆修复技术研究[D]. 刘京.上海交通大学 2013
[6]制动盘材料摩擦热斑的试验研究与数值模拟[D]. 于大海.北京交通大学 2011
[7]送粉式激光熔覆质量预测与熔覆过程数值模拟[D]. 杨贤群.哈尔滨工业大学 2008
[8]高速列车制动盘失效分析与材料逆向设计[D]. 汤伟杰.西南交通大学 2007
[9]激光快速成形金属零件力学行为研究[D]. 杨健.西北工业大学 2004
本文编号：3689823
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3689823.html
