基于声发射的电弧喷涂3Cr13涂层疲劳裂纹扩展行为研究

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1、分类号：TG115.28密级：UDC：620编号：201421803006河北工业大学硕士学位论文基于声发射的电弧喷涂3Cr13涂层疲劳裂纹扩展行为研究论文作者：史悦学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料加工工程指导教师：李国禄职称：教授董丽虹副研究员资助基金项目：本文受国家973计划(2011CB013405)、国家杰出青年科学基金(51125023)、国家自然科学基金(51275151)支持。DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsPro

2、cessingEngineeringRESEARCHONFATIGUECRACKGROWTHBEHAVIOROFARCSPRAYED3Cr13COATINGSBASEDONACOUSTICEMISSIONbyShiYueSupervisor:Prof.LiGuoluProf.DongLihongMay2017Thisworksupportedby973Project(2011CB013405),theDistinguishedYoungScholarsofNSFC(51125023)andNSFC(51275151)摘要再制造工程已经成为当今科学最具有发展前景的技

3、术之一，为我国严重资源短缺与环境污染问题提供了一大解决办法，受到中国政府的高度重视与支持。曲轴作为发动机的重要组成元件已成为再制造的主要应用对象。曲轴再制造所面临的两大中心问题为：曲轴可再制造性评估和再制造曲轴寿命预测。根据研究显示：弯曲疲劳失效为曲轴的主要失效形式。因此选取一种无损检测方法对曲轴和再制造曲轴的疲劳失效过程进行监测对解决上述两大中心问题具有重大意义。本文主要利用声发射技术和机器视觉相结合的方法对曲轴材料42CrMo的四点弯曲疲劳失效过程进行监测，获取不同失效阶段的声发射信号特征并结合断口扫描对其形成原因进行分析，并结合声发射特征信号建立疲劳裂纹长度

4、预测模型。同时，采用电弧喷涂3Cr13的方法制作出再制造基础试样，并对其疲劳失效过程进行监测，获取再制造试样的疲劳失效特点、疲劳裂纹扩展特征和不同失效特征下声发射信号特点。最终研究结果表明：（1）有预制裂纹试样和无预制裂纹试样疲劳失效过程中的差异主要集中于疲劳裂纹萌生阶段，其中有预制裂纹试样为多源疲劳裂纹萌生，无预制裂纹试样为一源裂纹萌生；（2）绝对能量值对裂纹萌生时存在的差异具有优异的表征作用，并且获取了不同失效阶段声发射信号的参数特征和波形特征，实现了曲轴疲劳失效过程的动态监测；（3）通过声发射累积计数与Paris公式相结合建立疲劳裂纹长度预测模型。此模型能够

5、有效地预测材料疲劳失效过程中的裂纹长度，并且误差小于3mm；（4）声发射信号中的平均信号电平（ASL）和有效值电压（RMS）对不同涂层厚度试样的失效模式具有优异地表征作用。（5）涂层厚度不同试样的失效形式不同，涂层厚度为100µm和200µm时，裂纹从涂层和基体之间萌生并逐渐向基体和涂层进行扩展最终导致材料失效，而涂层厚度300µm和400µm时，裂纹从涂层尖端处萌生并逐渐向基体方向扩展，同时裂纹在基体和涂层界面之间相互连接致使涂层和基体出现分层。关键字：声发射机器视觉电弧喷涂42CrMo基体材料3Cr13涂层材料疲劳失效IAbstractRemanufactur

6、ingengineeringhasbecomeoneofthemostpromisingtechnology,foritprovidesasolutiontothecurrentseriousshortageofresourcesandenvironmentalpollution,anditissupportedbytheChinesegovernment.Crankshaftisoneofthekeypartsoftheengine,itbecomesanimportantremanufacturingobject.Thetwomajorproblemsofcr

7、ankshaftremanufacturinginclude:theevaluationofremanufacturabilityofcrankshaftandthepredictionofthelifeofremanufacturingcrankshaft.Accordingtotheresearchshows:thebendingfatiguefailureisthemainfailuremodeofcrankshaft.Soitisimportanttouseamethodofnon-destructivetechnologytopredictedthefa

8、tigue