《白口化球墨鑄鐵耦合仿生表面形成機制及磨損機理研究》是依託吉林大學，由莊健擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：白口化球墨鑄鐵耦合仿生表面形成機制及磨損機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：莊健
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以沙漠蠍子體表結構和鼴鼠爪趾結構及挖掘動作特徵作為仿生原型，設計仿生表面及兼具兩種仿生原型結構特點的複合仿生表面；採用模擬仿真方法研究仿生表面的減阻耐磨機理及複合仿生表面不同仿生結構在磨損過程中相互影響和共同作用機理；採用磨料磨損實驗研究仿生表面結構及參數對減阻耐磨性能的影響；採用模擬仿真方法分析仿生表面結構及參數對球墨鑄鐵鑄造過程中局部流場及熱場分布的影響，對仿生表面結構及參數對球墨鑄鐵表面白口化行為、不同相之間界面結合、材料強度、磨料磨損行為等性能的影響進行實驗測試分析，建立仿生表面結構及參數與球墨鑄鐵材料性能間的耦合關係，實現仿生表面結構與材料二元耦合；採用表面白口化球墨鑄鐵製備具有仿生表面結構的深松鏟尖和攪拌片，測試部件的機械性能和磨損性能，研究仿生表面結構在不同服役速度和磨料性質條件下的減阻耐磨性能和作用機理。為採用耦合仿生設計方法提高部件耐磨料磨損性能提供理論依據和套用基礎。
結題摘要
本項目主要研究的是仿生表面結構耐磨原理、仿生表面結構和工藝方法對樣品表面局部相組成的影響規律和作用機理，微觀組織結構對仿生結構機械物理性能的影響規律，具有仿生結構部件的磨損行為和耐磨機理，作業阻力測試方法等。主要包括：通過對狗獾和中原太行犬犬齒摩擦磨損行為和機械性能的分析，發現二者磨損行為均為疲勞造成的剝層磨損，但由於狗獾犬齒機械性能由於中原太行犬犬齒，其表現處較優的磨損性能，外硬內韌的結構使動物犬齒具有優良的摩擦磨損性能；採用砂型鑄造方法製備了具有仿生表面結構的樣品，分析發現，單純通過仿生結構和預置冷鐵的方式都不能在樣品表面局部產生足夠的多冷度，只有綜合仿生結構和預置冷鐵，才能實現樣品表面局部白口化；具有白口化的球墨鑄鐵仿生結構表面具有較高的硬度，同時具有較高的水潤濕角；通過砂型鑄造方法，採用仿生表面結構與預置冷鐵相結合的方式，可以製備出具有表面白口化仿生結構的深松鏟尖，與現有65Mn材料深松鏟尖的對比試驗表面，耦合仿生深松鏟尖具有較低的作業阻力和磨損率；為了準確有效測量耦合仿生深松鏟尖的作業阻力，設計研製了一種基於扭轉彈簧和角位移感測器的阻力測試裝置，對測試裝置的主要結構參數進行了設計，並基於仿生深松鏟所採用的雙翼型結構進行了深松阻力測試方法的研究，與現有多維拉力感測器組測試裝置進行了對比分析，驗證了新型測試裝置的可靠性和準確性；對耦合仿生深松鏟尖和現有65Mn材料深松鏟尖進行對比田間測試，實驗結果表面，耦合仿生深松鏟尖可減阻4%-5.5%。本項目共發表SCI、EI論文8篇，申報國家發明專利8件，其中獲授權國家發明專利5件。培養碩士研究生2名，達到資助計畫書要求。
