DLC对高温轴承钢表面接触疲劳能力影响的试验评价.pdf

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1、硕士学位论文DLC对高温轴承钢表面接触疲劳能力影响的试验评价EXPERIMENTALASSESSMENTOFTHEINFLUENCEOFDLCONCONTACTFATIGUECAPABILITYOFHIGH-TEMPERATUREBEARINGSTEEL王丹丹哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TH132学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文DLC对高温轴承钢表面接触疲劳能力影响的试验评价硕士研究生：王丹丹导师：王黎钦教授申请学位：工学硕士学科：机械设计及理论所在单位

2、：机电工程学院答辩日期：2018年6月25日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH132U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringEXPERIMENTALASSESSMENTOFTHEINFLUENCEOFDLCONROLLINGCONTACTFATIGUECAPABILITYOFHIGH-TEMPERATUREBEARINGSTEELCandidate：WangDandanSupervisor：Prof.WangLi

3、qinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,25,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要航空发动机主轴轴承滚道与滚动体在运转过程中承受反复的滚动和滑动

4、接触，当长时间工作在高速、重载、高温及高低温交变等极端苛刻的工况下或者面临短时间断油、乏油等特殊工况，滚道与滚动体间产生巨大的瞬间高温，高温致使润滑剂失效、材料发生变性，最终致使摩擦副接触面发生疲劳失效，轴承功能丧失甚至工作系统崩溃。为提高轴承材料的疲劳寿命以及避免由于出传统润滑（流体润滑及脂润滑）失效而导致轴承元件疲劳寿命降低，通常采用在基体材料表面沉积具有润滑作用的硬涂层方式提高其疲劳寿命，实现其在苛刻工况下长期有效运行的目的。本文的研究结果将为航空发动机轴承材料的发展应用以及探索新的涂层技术、新的润

5、滑技术等用于航空发动机延寿技术提供基本参考数据以及评价手段。针对目前航空发动机轴承面对的苛刻工况，完成符合工况的疲劳试验，在试验开始前需针对目前加工完成球盘式滚动接触疲劳试验机进行动态特性的修改，以保证试验机提供稳定且可靠的工况环境，保证试验机实现点接触最大赫兹接触应力0~6.8GPa、主轴转速0~6000r/min、接触点温度室温~220℃性能指标；同时采用LabVIEW实现试验机信号采集及停机控制，保证试验机能够正确采集、存储及分析信号，并实现自动停机的功能。通过11组GCr15轴承钢材料的滚动接触疲

6、劳试验证实了试验机运行的可靠性。为研究固体润滑薄膜对轴承材料接触疲劳寿命的影响，本文采用线性离子束混合磁控溅射方式在航空轴承材料8Cr4Mo4V及13Cr4Mo4Ni4VA轴承钢沉积一层2μm的DLC自润滑薄膜。通过球盘式高速滚动接触疲劳(RCF)试验机，共计完成900小时疲劳试验，研究了8Cr4Mo4V、13Cr4Mo4Ni4VA轴承钢及沉积DLC涂层的8Cr4Mo4V、13Cr4Mo4Ni4VA轴承钢在混合润滑状态下的滚动接触疲劳性能，采用电镜分析与三参数Weibull函数分析等方法表明，DLC薄膜能

7、够有效提高轴承材料滚动接触疲劳寿命2~5倍，但并没有改变其疲劳失效机制。关键词：高温轴承钢；DLC；疲劳试验；疲劳机制I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractTheracewayandrollingelementsoftheaero-enginemainshaftbearingundergorepeatedrollingandslidingcontactduringoperation.Whenthelong-termoperationisunderextremeconditions,suchashig

8、hspeed,heavyload,hightemperature,andhigh-lowtemperaturealternation,oritfacesspecialconditionssuchasbrokenoilandlackofoilinashort-time,andtroublepairbetweenracewaysandrollingelementscauseshightemperature,hightemperat