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基于平面压入方法的齿轮钢表面硬化层力学性能试验研究
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作者 刘晓坤 颜世铛 +4 位作者 张衡 师陆冰 刘忠明 裴帮 何旭 《表面技术》 北大核心 2025年第7期225-234,共10页
目的实现齿轮钢表面硬化层应力-应变关系等弹塑性力学性能压入测试。方法基于能量密度等效提出描述材料Hollomon幂律(H律)参数、压头直径、压入功、位移之间关系的平面压入模型,进而提出获取材料H律参数的平面压入试验方法。通过有限元... 目的实现齿轮钢表面硬化层应力-应变关系等弹塑性力学性能压入测试。方法基于能量密度等效提出描述材料Hollomon幂律(H律)参数、压头直径、压入功、位移之间关系的平面压入模型,进而提出获取材料H律参数的平面压入试验方法。通过有限元分析,对不同表面粗糙度和表面曲率的平面压入模型进行建模计算,探明2类表面形貌对压入结果的影响规律,并提出修正方法。最后,通过母材的单轴拉伸和平面压入试验对比,验证平面压入试验方法的有效性,并在硬化层材料中应用该方法。结果通过能量密度等效,提出了用于硬化层弹塑性力学性能获取的平面压入模型和试验方法,结合有限元分析方法,在初始屈服应力和应变硬化指数分别为2000 MPa和0.4范围内,对平面压入模型参数进行了确定。在被测材料表面粗糙度Ra为3.2μm以下和表面曲率半径为5 mm以上时,分别提出了修正方法,降低了对材料压入表面形貌的要求。对4种常用齿轮钢的母材进行了平面压入试验,压入试验结果与单轴拉伸结果之间吻合良好,其中,弹性模量和抗拉强度的最大误差不超过3%,屈服强度的最大误差不超过6%。通过平面压入试验方法对4种硬化层材料的应力-应变关系进行了测试,结果具有较好的重复性。结论针对齿轮钢高强度硬化层,提出了一种对被测材料具有广泛适用性且简便、精确的压入测试方法,可有效获取齿轮钢表面硬化层弹塑性力学性能。 展开更多
关键词 硬化层 齿轮钢 应力-应变关系 能量密度等效 平面压入 有限元分析
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