淬火硬化层残余应力分布磁记忆检测

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1、学校代码：10406分类号：TG115.28学号：120080401007南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）淬火硬化层残余应力分布磁记忆检测硕士研究生：吴剑剑导师：吴伟副教授申请学位级别：硕士学科、专业：精密仪器及机械所在单位：测试与光电工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学MagneticmemorydetectionofthedistribitionofresidualstressonhardenedlayerAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterOnPrecisionInstrumentsan

2、dMachinerybyJianjianWuUndertheSupervisionofAssociateProf.WuweiSchoolofMeasuringandOpticalEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015摘要轴类部件和齿轮类部件是航空发动机传动构件，不利的残余应力的存在会导致零件疲劳失效。本论文尝试利用金属磁记忆(metalmagneticmemory,MMM)检测航空齿轮分析其残余应力分布规律，为航空发动机传动关键构件表面完整性的检测提供依据,最终达到完善抗疲

3、劳制造技术目的。本论文基于磁记忆检测原理在结合齿轮构件的形貌特征设计了一套适合检测齿轮构件残余应力的磁记忆检测装置。设计了两组20CrMnTi平板试样，第一组用于测定平板材料的力学性能和应力集中区域，第二组做渗碳淬火之后再去测定其力学性能和应力集中区域，并与第一组测量结果做对比。分析其应力分布规律及渗碳淬火对材料力学性能和残余应力分布规律的影响，利用ANSYS软件对20CrMnTi材料平板模型的残余应力进行数值模拟仿真，分析了不同载荷下齿轮基体材料中力与磁记忆信号之间的关系。研究结果表明：齿轮基体材料20CrMnTi平板带孔试样无载荷情况下没有应力集中现象

4、，当不同载荷作用下，应力集中区域位于平板试样通孔附近，垂直于拉力方向上通孔附近残余应力大，平行于拉力方向上通孔附近残余应力小。当载荷刚达到非均匀塑性变形阶段和均匀塑性变形阶段开始位置时，磁记忆信号突变显著。当载荷在非均匀塑性变形阶段，随载荷的增大，磁记忆信号和残余应力在通孔附近急剧突变；当载荷位于均匀塑性变形阶段时，随着载荷的增大，残余应力和磁记忆信号变化梯度较为平稳。同一加载力条件下渗碳淬火平板带孔试样件磁场法向分量分布较为混乱，但应力集中区域的趋势一致，渗碳淬火后在试样通孔处应力集中区域面积变小，但应力集中分布在试样上非常不均。本文采用磁记忆信号差值分

5、析判断检测齿轮服役一段时间后其淬火硬化层残余应力，发现残余应力集中在齿面的齿线附近以及齿根圆角处，如果齿面一旦出现了齿面磨损就会在磨损的边界处集中大量的残余应力。本论文的研究成果为实现快速检测齿轮类部件残余应力集中区域、航空发动机传动关键构件表面完整性指标的检测提供参考。关键词：金属磁记忆，齿轮，20CrMnTi，残余应力IAbstractGearandshaftpartsarethetransmissioncomponentsofaero-engine,theexistenceoftheunfavorableresidualstresscanmakepa

6、rtsfatiguefailure.ThispaperattemptstoanalyzethedistributionlawofthegearresidualstressfromtheMMM(metalmagneticmemory,MMM)detection,sothatitcanprovideabasisfortestingthesurfaceintegrityofcriticalaero-enginetransmissioncomponentsandultimatelyachievethepurposeofimprovinganti-fatiguema

7、nufacturingtechnology.Thispaperisbasedontheprincipleofmagneticmemorytesting,designingasetofsuitablemagneticmemorydevicetodetecttheresidualstressofgearcomponents.Therearetwosamplesoftabletswhicharemadeof20CrMnTi.Thefirstoneisusedtomeasuremechanicalpropertiesoftheplatematerialandthe

8、stressconcentrationarea,theotherg