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高分散氧化铝磨粒抛光液实现不锈轴承钢高效化学机械抛光研究
1
作者 田毅铭 彭武茂 +6 位作者 王荣沛 李新竹 李昕 石智康 张韶华 江亮 钱林茂 《表面技术》 北大核心 2025年第16期121-130,共10页
目的引入高硬度氧化铝磨粒增强机械作用,并引入过氧化氢和草酸增强腐蚀,以提高9Cr18Mo不锈轴承钢的化学机械抛光效率。方法使用浊度计、纳米粒度电位仪、透射电子显微镜对制备的氧化铝磨粒悬浮液进行表征。随后,开展9Cr18Mo不锈轴承钢... 目的引入高硬度氧化铝磨粒增强机械作用,并引入过氧化氢和草酸增强腐蚀,以提高9Cr18Mo不锈轴承钢的化学机械抛光效率。方法使用浊度计、纳米粒度电位仪、透射电子显微镜对制备的氧化铝磨粒悬浮液进行表征。随后,开展9Cr18Mo不锈轴承钢化学机械抛光实验,使用光学3D表面轮廓仪测量抛光后样品的表面三维形貌和表面粗糙度。使用扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪和X射线光电子能谱仪表征抛光后样品的表面形貌和组分。使用流变仪测量抛光液的黏度。结果向1%(质量分数)氧化铝磨粒添加0.06%~0.1%(质量分数)聚丙烯酸钠可以实现优异的分散性。使用高分散氧化铝磨粒抛光液对9Cr18Mo不锈轴承钢进行抛光,材料去除速率最大值可达573 nm/min,是二氧化硅磨粒抛光液的4.3倍,表面粗糙度Sa为6.2 nm,表面较光滑,铁区域和铬区域之间没有明显的高度差。抛光后样品表面主要由二价铁氧化物、三价铁氧化物和三价铬氧化物组成。结论制备了高分散的氧化铝磨粒及对应的抛光液,在过氧化氢和草酸的协同作用下,实现了9Cr18Mo不锈轴承钢高效化学机械抛光。其高效抛光机理描述如下:一方面,氧化铝磨粒具有锋利的切削刃且自身硬度高,在过氧化氢和草酸的协同作用下,切削深度大,少量切削刃可以穿透表面膜,切削基体。另一方面,氧化铝磨粒具有多个切削刃,可以同时在多个切削轨迹上去除材料。本文研究结果可以为铁基材料超精密加工提供一种高效抛光方法。 展开更多
关键词 化学机械抛光 氧化铝 高分散 聚丙烯酸钠 不锈轴承钢 高效
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不同施用条件下轨顶摩擦调节剂的减摩性能研究
2
作者 吴柄男 李佳辛 +7 位作者 宋辛辛 师陆冰 张沭玥 丁昊昊 王文健 刘启跃 Lewis Roger 周仲荣 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期745-757,共13页
本文中研究了水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂在不同轮轨表面粗糙度和施加量下的减摩性能,研究结果表明:(1)合理地应用轨顶摩擦调节剂可使轮轨界面从干摩擦转变为混合润滑状态,产生中等水平的黏着系数和正摩擦特性;(2)增加轮轨表面粗糙... 本文中研究了水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂在不同轮轨表面粗糙度和施加量下的减摩性能,研究结果表明:(1)合理地应用轨顶摩擦调节剂可使轮轨界面从干摩擦转变为混合润滑状态,产生中等水平的黏着系数和正摩擦特性;(2)增加轮轨表面粗糙度或减小材料的施加量可以增加金属表面微凸体承担的法向载荷进而避免轮轨低黏着现象,低抗剪切强度的油(脂)基材料可以增强轨顶摩擦调节剂的润滑性能;(3)轨顶摩擦调节剂的安全施加量从高到低依次是水基、油基和脂基轨顶摩擦调节剂,应用轨顶摩擦调节剂产生的黏着系数越高,其在轮轨界面间的保持能力越差;(4)应用轨顶摩擦调节剂可以大幅降低轮轨磨损,且表面粗糙度未发生明显变化.轨顶摩擦调节剂的减摩性能从高到低依次是冬季水基、油基、混合水基、脂基和夏季水基轨顶摩擦调节剂,机械混合夏季和冬季水基轨顶摩擦调节剂不会恶化混合后材料的减摩性能. 展开更多
关键词 轨顶摩擦调节剂 轮轨黏着 轮轨磨损 表面粗糙度 施加量
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贝氏体钢轨磨损与接触疲劳行为的研究进展 被引量：1
3
作者 齐顺顺 王文健 +1 位作者 汪渊 丁昊昊 《材料导报》 北大核心 2025年第1期255-265,共11页
钢轨的磨损和滚动接触疲劳是轮轨接触过程中的主要损伤形式,对铁路轨道安全与维护有着至关重要的影响。随着列车轴重的增加,贝氏体钢轨疲劳损伤问题日益凸显,严重危及行车安全。本工作综述了国内外贝氏体钢轨磨损与疲劳损伤在近年来的... 钢轨的磨损和滚动接触疲劳是轮轨接触过程中的主要损伤形式,对铁路轨道安全与维护有着至关重要的影响。随着列车轴重的增加,贝氏体钢轨疲劳损伤问题日益凸显,严重危及行车安全。本工作综述了国内外贝氏体钢轨磨损与疲劳损伤在近年来的研究进展,重点阐述了贝氏体钢轨的磨损和滚动接触疲劳性能及两者之间的竞争关系,并与珠光体钢轨的试验结果进行了对比;总结了不同因素(显微组织、服役条件、环境介质)对贝氏体钢轨磨损及滚动接触疲劳性能的影响;提出了未来重点研究方向建议:基于化学成分调控与热处理工艺参数优化的稳定残余奥氏体组织制备,贝氏体钢轨在不同服役条件下的适用性研究,贝氏体钢轨在腐蚀、高低温等复杂恶劣环境下的使用性能研究。 展开更多
关键词 贝氏体钢轨 磨损 滚动接触疲劳 影响因素
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不同运行参数下珠光体与贝氏体钢轨钢滚动磨损与接触疲劳行为研究
4
作者 韩振宇 汪渊 +5 位作者 丁昊昊 张沭玥 王文健 刘佳朋 刘启跃 周仲荣 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期676-687,共12页
钢轨服役过程中的滚动磨损和接触疲劳损伤行为直接影响到列车的运行安全,而钢轨材质和运行参数对其损伤具有关键影响.因此,本文中利用JD-1轮轨模拟试验机开展了珠光体和贝氏体钢轨材料在不同运行速度、轴重及曲线半径下的轮轨滚动接触... 钢轨服役过程中的滚动磨损和接触疲劳损伤行为直接影响到列车的运行安全,而钢轨材质和运行参数对其损伤具有关键影响.因此,本文中利用JD-1轮轨模拟试验机开展了珠光体和贝氏体钢轨材料在不同运行速度、轴重及曲线半径下的轮轨滚动接触模拟试验.研究表明:珠光体与贝氏体钢轨材料在相同运行工况下滚动磨损和接触疲劳行为存在差异,贝氏体钢轨材料的损伤程度较珠光体钢轨材料轻微;钢轨材料磨损率及表面损伤变化趋势均与运行速度和曲线半径呈负相关,而与轴重的变化趋势呈正相关;钢轨材料的塑性变形层深度随轴重的增大以及曲线半径的减小而增加,滚动接触疲劳损伤随轴重呈先增加后减小的整体变化趋势.在轴重较大、运行速度和曲线半径较小工况下,钢轨材料损伤严重,故需对相应钢轨线路进行实时监测并采取维修养护措施. 展开更多
关键词 钢轨材料 运行工况 磨损 滚动接触疲劳 珠光体 贝氏体
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3种珠光体钢轨焊接接头滚动磨损与损伤性能研究
5
作者 徐昆宇 汪渊 +4 位作者 陆鑫 丁昊昊 崔晓璐 刘启跃 王文健 《摩擦学学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期758-769,共12页
铁路运输高速发展,钢轨焊接接头磨损日益严重,对列车运行安全性造成影响.钢轨焊接接头的磨损和损伤与其微观组织有着密切联系,鉴于此,分析了3种不同珠光体闪光焊钢轨焊接接头处的组织和力学性能,利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机开... 铁路运输高速发展,钢轨焊接接头磨损日益严重,对列车运行安全性造成影响.钢轨焊接接头的磨损和损伤与其微观组织有着密切联系,鉴于此,分析了3种不同珠光体闪光焊钢轨焊接接头处的组织和力学性能,利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机开展了3种接头处材料滚动接触试验.结果表明:3种焊接接头随着含碳量依次降低,珠光体片层间距增大,先共析铁素体含量增加,硬度降低;3种焊接接头均在焊缝中心处硬度较低,热影响区组织细化,硬度增高;磨损率随平均硬度的增加而降低,焊缝处表面损伤较热影响区严重;焊缝区的塑性变形层大于热影响区,其中2#钢轨的塑性变形最严重;焊缝区的疲劳裂纹均表现为多层裂纹,材料内部发生不同程度的破碎,热影响区表现为短而浅的单条裂纹,焊缝区的裂纹长度和深度大于热影响区,裂纹角度小于热影响区,疲劳裂纹与塑性变形有一致性;随着珠光体片层间距的增大,钢轨损伤程度先急剧增大,随着磨损的加剧裂纹被去除后变短,损伤程度有所减小,裂纹角度呈减小趋势. 展开更多
关键词 钢轨焊接接头 微观组织 磨损 塑性变形 损伤
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激光表面淬火对车轮多边形萌生及发展影响试验研究 被引量：2
6
作者 黄金伟 王文健 +4 位作者 丁昊昊 郭俊 刘启跃 祝毅 齐欢 《摩擦学学报（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期154-166,共13页
车轮多边形磨损是影响列车服役可靠性的常见异常磨损形式,而激光淬火是提高金属材料耐磨性能的新型技术,但目前关于激光淬火对车轮多边形的影响尚未深入研究.因此,本文中将研究激光淬火对车轮多边形萌生与发展的影响规律,探讨利用激光... 车轮多边形磨损是影响列车服役可靠性的常见异常磨损形式,而激光淬火是提高金属材料耐磨性能的新型技术,但目前关于激光淬火对车轮多边形的影响尚未深入研究.因此,本文中将研究激光淬火对车轮多边形萌生与发展的影响规律,探讨利用激光淬火技术抑制车轮多边形的可行性.首先利用激光器对车轮试样进行点状淬火和全表面淬火,利用MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机进行轮轨滚动磨损试验,分析轮轨系统振动频率、车轮试样磨损表面宏观形貌、廓形、多边形阶数以及材料损伤等,探明激光淬火对车轮多边形形成的影响.结果表明:在车轮试样表面沿圆周方向均匀地进行12个和16个点状淬火时,滚动磨损试验中车轮试样分别萌生出12阶和16阶多边形,并激发出严重的轮轨系统振动,最终在15万转时产生较大波深的车轮多边形.对车轮表面进行全表面淬火处理时,滚动磨损试验过程中始终无车轮多边形产生.在此基础之上,本文作者对未淬火车轮试样进行6万转滚动磨损试验以形成多边形磨损,然后对多边形车轮试样进行点状淬火(波谷处淬火)和全表面淬火,继而进行轮轨滚动磨损试验.研究表明:对多边形车轮试样波谷区进行淬火强化后,多边形发展表现出先放缓后加快的现象,波谷逐渐转变为波峰;对多边形车轮试样进行全表面淬火强化后,多边形继续发展,运行15万转后多边形波深呈轻微下降趋势.研究结果对车轮多边形磨损控制技术研究具有理论指导意义. 展开更多
关键词 车轮多边形 激光表面淬火 磨损 硬度 塑性变形
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硬度匹配对轮轨滚动接触疲劳损伤行为的影响规律研究 被引量：1
7
作者 贾劭飞 李英奇 +5 位作者 周韶博 刘佳朋 王泓豪 丁昊昊 刘启跃 王文健 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期415-421,共7页
随着我国铁路的高速发展,轮轨在服役过程中的疲劳损伤问题愈加突出,因此,本工作利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机研究轮轨滑差率、轮轨硬度比对滚动接触疲劳裂纹发展的影响。结果表明:滑差率较小时,疲劳裂纹较短,且裂纹沿着表面小... 随着我国铁路的高速发展,轮轨在服役过程中的疲劳损伤问题愈加突出,因此,本工作利用MJP-30A滚动磨损与接触疲劳试验机研究轮轨滑差率、轮轨硬度比对滚动接触疲劳裂纹发展的影响。结果表明:滑差率较小时,疲劳裂纹较短,且裂纹沿着表面小角度扩展;滑差率大时,切向力增大,表层裂纹会被磨掉。循环转数小时,裂纹均停留在试样表层,扩展不明显;循环转数过大时,枝裂纹扩展相互连接形成网状。对比不同硬度材料的裂纹扩展试验发现:不同硬度匹配对裂纹扩展有着较大影响,硬度高的材料表面塑性变形较小,裂纹扩展速度慢,裂纹长度、宽度以及深度都较小;硬度低的材料裂纹扩展速度快,裂纹长度、宽度以及深度都有所增加。裂纹在试样中不同深度处的扩展速度有着较大差异,在靠近试样表面的裂纹需要克服的扩展阻力较大,故大多裂纹都停留在塑性变形层区域;一旦裂纹突破至基体区域,裂纹的扩展速度就会急剧增加。 展开更多
关键词 疲劳裂纹 硬度匹配 滑差 塑性变形 微观组织
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基于双目视觉的列车轮对表面缺陷及型面参数检测方法 被引量：2
8
作者 胡成放 丁昊昊 +5 位作者 陈德君 张岩 刘启跃 王文健 郭俊 林强 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第8期101-108,共8页
列车轮对表面缺陷及磨耗后的车轮轮型参数对列车安全行驶具有重要影响。搭建一种基于结构光与双目立体视觉相结合的非接触式列车轮对型面检测系统,设计针对车轮滚动圆直径、轮缘高度、轮缘厚度以及车轮擦伤的双目视觉无损检测方法。首... 列车轮对表面缺陷及磨耗后的车轮轮型参数对列车安全行驶具有重要影响。搭建一种基于结构光与双目立体视觉相结合的非接触式列车轮对型面检测系统,设计针对车轮滚动圆直径、轮缘高度、轮缘厚度以及车轮擦伤的双目视觉无损检测方法。首先基于迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法将各相机采集的车轮型面数据拼接为整体车轮点云三维模型;然后,从该三维模型中提取出滚动圆与轮缘顶点圆,基于最小二乘拟合法分别计算滚动圆直径、轮缘高度、轮缘厚度参数;最后,基于模式匹配方法检测车轮型面是否出现擦伤缺陷,并计算得到擦伤深度。检测结果表明:该列车轮对型面检测系统及表征方法对于滚动圆直径检测误差为0.22 mm,对于轮缘高度与轮缘厚度检测误差分别为–0.08 mm及0.07 mm,最大擦伤深度检测误差为0.18 mm。研究成果可有效检测列车车轮型面参数及擦伤缺陷,具有较强的工程应用价值。 展开更多
关键词 双目立体视觉 迭代最近点 型面参数 车轮擦伤 模式匹配
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