基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法技术

本发明专利技术提供一种基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，属于滚动部件近表面疲劳裂纹扩展研究技术领域，用以解决滚动接触疲劳内部裂纹扩展扩展过程难以监测、扩展路径和扩展速率不清晰等技术问题。通过增材制造制备含内部埋藏型缺陷的滚动接触疲劳试样，利用滚动接触疲劳实验机，改变不同的实验参数进行滚动接触疲劳实验，通过工业CT监测不同循环次数下内部裂纹的扩展行为，获得裂纹的扩展速率曲线，研究其裂纹形成机理。本发明专利技术可以复现出滚动接触疲劳II‑III型复合裂纹的扩展行为，为铁路车轮辋裂，钢轨核伤、轴承滚道面剥离等工程问题及滚动接触疲劳理论的研究提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及滚动部件近表面疲劳裂纹扩展研究，具体涉及一种基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法。

技术介绍

1、滚动接触疲劳(rcf)是指材料在循环滚动接触应力作用下，产生局部永久性累计损伤，经一定的循环次数后，接触表面产生麻点或者在浅层或深层剥落的过程。车轮辋裂、钢轨核伤、轴承滚道面剥离是典型的rcf行为。以铁路车轮辋裂为例，辋裂是指车轮踏面以下10-25mm位置的内部夹杂物引起的疲劳裂纹萌生，随着裂纹的进一步扩展，可导致车轮材料整体掉落的现象，其制约铁路车轮服役可靠性。rcf内部裂纹埋藏在滚动体的近表面，是ii-iii型复合裂纹，其不易实时监测。现在对rcf内部裂纹扩展的研究一般方法有两种：一为模拟裂纹的应力状态进行等效试验；二为利用有限元软件对rcf内部裂纹的受力进行仿真计算。rcf锯齿形裂纹的上下偏折、裂纹面的摩擦、压应力的大小对rcf内部裂纹扩展的影响规律研究较少。

2、现阶段对于rcf内部裂纹扩展机理的研究存在着极大的困难。首先，目前无法在一种原材料的三维体积中产生真实内部裂纹而不破坏表面材料，并且通过全尺寸台架试验来模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：主试样通过增材制造技术制造而成，并在每个试样内部预置了埋藏型椭圆缺陷，最终将主试样加工成直径为60mm，厚度为20mm，滚动凸台长10mm、高为4mm、半径为80mm的环形试样；陪试样采用于主试样材料相同且硬度相当的棒料加工成直径为60mm、厚度为20mm的环形试样。

3.根据权利要求1所述的基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：实验前利用工业CT对每个主试样进行扫描分...

【技术特征摘要】

1.一种基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：主试样通过增材制造技术制造而成，并在每个试样内部预置了埋藏型椭圆缺陷，最终将主试样加工成直径为60mm，厚度为20mm，滚动凸台长10mm、高为4mm、半径为80mm的环形试样；陪试样采用于主试样材料相同且硬度相当的棒料加工成直径为60mm、厚度为20mm的环形试样。

3.根据权利要求1所述的基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：实验前利用工业ct对每个主试样进行扫描分析，得到内部缺陷的初始尺寸和位置信息，利用游标卡尺测量试样初始直径尺寸，用电子天平秤测量试样初始质量，将主试样安装到主动轴，将陪试样安装到从动轴。

4.根据权利要求1所述的基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：设置理论接触应力为1500mpa，通过公式计算得到对应实验垂向载荷f＝1565n，此时主试样接触表面下2mm位置处的应力场与真实车轮的踏面以下15mm的轮辋裂纹处的应力场相近。

5.根据权利要求4所述的基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：设置主试样的旋转速度为1000rpm，设置滑差率为1％，在实验过程中持续喷洒润滑油到试样的滚动接触面，在循环系统中另外设置了过滤器，定期处理试验机内的废屑，启动滚动接触疲劳试验机运行指定循环次数下的油润滑实验。

6.根据权利要求1所述的基于增材制造的滚动接触疲劳内部裂纹扩展试验方法，其特征在于：运行完指定循环次数后，将主试样取下，利用无水乙醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小龙，罗科炼，常海洋，王楠，董一凡，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：