再制造是制造产业链的延伸,以实现对废旧机电产品的高质量修复为目的,是我国实现节能减排目标、发展循环经济的重要举措。随着我国经济增长模式转向循环可持续发展方向,再制造逐渐进入高速发展的快车道,再制造领域范围日益扩大。然而,再制造产品脱胎于废旧产品的独有特征,使得再制造产品质量控制仍然面临着诸多科学和技术难题亟待解决。本论文以再制造的典型实例——重载发动机曲轴为研究对象,设计了“材料级”和“零件级”双层级实验体系。在“材料级”实验中,以面向全生命周期的42CrMoA钢弯曲疲劳性能表征及调控技术为主要研究内容,研究了42CrMoA渗氮钢弯曲疲劳过程中表面性能变化规律,再到渗氮钢表面喷涂工艺的优化,最终到再制造零件的疲劳损伤失效行为评价。“零件级”研究是在“材料级”实验提供的理论和指导上展开的,重点研究了曲轴零件在台架考核过程中疲劳损伤行为,并建立了相应的疲劳损伤评价模型。研究了42CrMoA渗氮钢残余应力重分布行为。利用升降法获得了不同应力水平下的Goodman曲线,渗氮钢的弯曲疲劳性强度相比于非渗氮钢提高8%;基于不同应力幅值及平均应力下的疲劳试验结果,利用统计学中的方差理论定量表征了应力幅值及平均应力对疲劳寿命影响的权重之比为4∶1;基于有限元模拟和实验的方法,研究不同加载应力水平及初始残余应力下的残余应力重分布行为,发现残余应力重分布行为受加载应力及局部残余应力的矢量叠加影响。研究了再制造前渗氮层预处理及喷涂层性能调控工艺。采用0W、10W以及15W三种功率的激光对具有0μm、50μm、200μm以及400μm四种磨削深度的渗氮基体分别进行表面织构预处理,研究了喷涂熔滴在织构内部填充行为对喷涂层结合强度的影响,喷涂熔滴完全填充的喷涂层具有优异的结合强度;采用部分磨削渗氮层及高功率激光织构的预处理方式,一定程度上解决了曲轴再制造后抗疲劳性能下降的难题;通过对喷涂层进行了二次渗氮处理,在不明显影响喷涂层结合强度的前提下,喷涂层的耐磨损性能提高50%左右。研究了喷涂试件弯曲疲劳过程中声、热信号演化规律,定量表征了疲劳裂纹的扩展行为。通过对基体断裂产生的声发射能量信号进行离散时间的傅里叶变化,从频率的角度区分了断口微裂纹、微孔及韧窝等微观结构的差异性;利用红外热图中裂纹区灰度值明显高于非裂纹区的特点,实现了对基体疲劳裂纹的定量表征,具有较厚渗氮层的试样的疲劳寿命要明显高于薄渗氮层试样;对声发射能量信号采用快速傅里叶变换及小波分析,区别了对喷涂层界面裂纹及贯彻裂纹的主峰频率差异性,薄涂层裂纹形式以贯穿裂纹为主,厚涂层裂纹形式以界面裂纹为主;利用有限元模拟及Suo-Hutchinson计算模型,确定喷涂层界面裂纹扩展受加载应力σ、初始裂纹长度a0以及常数m影响。研究了再制造曲轴台架考核过程中声、热信号演化规律,定量表征了疲劳裂纹的扩展行为。基于曲轴过渡圆角失效分析及红外、声发射信号的近指数型增长方式演化规律,构建了曲轴疲劳裂纹扩展模型,并定量表征了过渡圆角处疲劳裂纹的表面长度及内部扩展面积同样以近指数型增长;根据监测信号中主控因子的近指数型增长规律,训练并优化了一种可用于再制造曲轴疲劳裂纹评价的神经网络模型。