高温冲击磨损试验装置研制及实验研究

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冲击磨损是一种常见的磨损行为,给机械设备的安全运行带来的一定程度的安全隐患,造成了重大的财产损失。近些年随着人们对摩擦学不断的探索,逐渐部分了解了冲击磨损的机理,但人们对它的了解并不多。关于冲击磨损的实验多集中于室温条件下的冲击磨损,实际上很多冲击磨损却往往发生在极端环境下,如高温、高压、腐蚀环境等。所以研制出一台可以模拟极端工况,探索在极端环境下的冲击磨损机理的冲击磨损试验机具有重要的科研意义和价值。本文在课题自主研发的冲击磨损试验机的基础上,根据高温试验机的功能和技术指标,重新设计了机电一体化程度较高的,可拓展性好的高温冲击磨损实验机。对上位机软件的控制部分及采集部分进行了优化,在其中加入了高温控制、冷却控制、设备开关控制等功能。实现了能量控制冲击磨损试验方式,在实验过程中能够保证实验温度的稳定,通过上位机设定温度后可实时监控实验温度,对冷却开关能够进行控制等功能。此外,以高温钴基合金涂层为研究对象,通过观察三个厂家的钴基合金涂层在不同温度下的磨损形式,探究涂层在不同温度、不同初始动能下涂层的力学响应、冲击力接触时间、冲击力峰值、冲击能量耗散、损伤行为、损伤机理等实验参数。以试验材料的磨损行为和试验机得出的数据验证试验机的可靠性和稳定性。本论文中的主要研究工作如下:(1)设计了高温冲击磨损试验机系统整体优化方案根据高温试验需求分析,分别对高温加热模块、传感器冷却模块、能量控制冲击微动磨损模块进行系统优化设计、核心部件的调研和选型、机械结构优化设计。(2)研发了试验台上位机软件和单片机程序首先根据试验机功能分模块分功能设计软件。完成上位机对运动控制器的通讯连接模块、参数设置模块、设备启动停止模块、单片机通讯连接模块、同步采集模块等子模块的程序设计及优化。最后将所有子模块整合为上位机控制软件。(3)本论文研究了温度对不同初始动能下钴基合金的磨损性能的影响,得出以下结论:高温冲击试验机在最高800℃环境下能正常运行,马弗炉温度维持在误差2℃之内,并且在此温度下传感器仍然在正常工作。在实验过程中,由于夹具设计合理,所以在最高温度下换试样仍然十分便捷安全。在冲击过程中,随着初始动能的增加,涂层的磨损面积和磨损体积也越大。在常温下三种涂层的能量吸收率随着初始动能的增加而有所变化,变换规律与温度有关,规律大致为,常温下能吸收率先减小后增大,在不同温度下的能量吸收率变化显著且具有一定的规律性,在常温下的能量吸收率最大。涂层的磨损率与初始动能和温度相关,在温度不变的情况下,初始动能越大磨损量就越大。在相同的初始动能下,磨损量随着温度升高而增加。
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