[发明专利]一种仿生耐疲劳耐磨铸铁耦合仿生表面及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生耐疲劳耐磨铸铁耦合仿生表面及其形成方法。更具体的说，本发明涉及一种可提高球墨铸铁材料耐磨性和疲劳性能的表面仿生结构的组成和参数，及仿生结构的形成方法。

背景技术

球墨铸铁以其良好的机械性能和低廉的制造成本成为了重要的工程结构材料，获得了广泛的应用。但是由于球墨铸铁的硬度较低，其耐磨损性能较差，同时由于其微观组织中存在的大量球形石墨，导致其疲劳性能较差。

在提高球墨铸铁部件磨损性能和疲劳性能方面，国内外均有专利报道。目前，专利成果主要集中在材料改性和结构优化设计两个方面。

在材料改性方面

一、在材料改性方面：

1、中国专利，申请号：CN201310538659.8，公开日为2014-02-12。发明名称为“一种具有高抗疲劳性能的球墨铸铁合金”，创造描述了一种具有高抗疲劳性能的球墨铸铁合金,其组成按重量百分比为,3.1-3.5％的碳、1.75-2.0％的硅、0.5-0.8％的钼、0.05-0.15％的锰、0.01-0.03％的铬、0.1-0.3％的锡、0.01-0.03％的钛、0.03-0.05％的锆、0.001-0.003％的钇及余量的铁及不可避免的杂质。该合金很好地适用于形成工业气体涡轮机,特别是其压缩机外壳经受400℃和更高的工作温度的气体涡轮机。

2、中国专利，申请号：CN201310539061.0，公开日为2014-02-12。发明名称为“一种具有高耐磨性球墨铸铁合金”，创造描述了一种具有高耐磨性球墨铸铁合金,其组成按重量百分比为,2.1-2.3％的碳、2.8-3.0％的硅、0.1-0.3％的镁、0.02-0.04％的铬、0.003-0.005％的硼、0.1-0.12％的铜、0.001-0.003％的镧系稀土及余量为铁。本发明的球墨铸铁合金适于载重汽车和轿车的轴部件和底盘部件如横拉杆、轮架和转盘轴承,其经受高的机械和动态应力。

二、在结构优化设计方面：

1、中国专利，申请号：CN200810050347.1，公开日为2008-07-23。发明名称为“棱纹型仿生耐磨结构表面”，创造描述了一种仿生耐磨结构表面,特别是涉及一种棱纹型仿生耐磨几何结构表面。本发明是基于土壤洞穴动物穿山甲的鳞片表面具有耐土壤磨料磨损的几何结构特征,其目的是解决现有的与散体物料接触部件的磨损问题。该仿生耐磨结构表面是将原有设备或构件与接触物料的表面改变结构,在表面上增设一系列的具有一定几何参数和间距的棱纹形结构。其仿生耐磨结构形状为：y＝asin(bx+c)。其中,a-振幅,b-频率,c-初相位,0＜a≤12mm,0≤bx-c≤π,0≤x≤20mm。棱纹间距：0＜L＜30mm。本仿生耐磨损结构表面适用于农机触土部件,土方装载机械的装载部件和传送带带面等散体物料的输送部件及其它结构所涉及到的设备和部件。其耐磨损性比光滑表面的耐磨性提高1.2～1.5倍。

但少有将表面结构设计与材料特性相结合，从材料和表面结构两方面结合提高部件耐磨和耐疲劳性能的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿生耐疲劳耐磨铸铁耦合仿生表面及其形成方法，本发明旨在通过工艺优化和表面结构设计方法，改善球墨铸铁部件局部的显微组织构成，改善摩擦磨损行为；采用仿生学设计方法，通过部件表面结构的优化设计，提高球墨铸铁部件的疲劳性能。

本发明之耐疲劳耐磨铸铁耦合仿生表面是在球墨铸铁或灰铸铁表面形成有仿生凸起结构，是在球墨铸铁或灰铸铁表面形成有仿生凸起结构，所述的仿生凸起结构是由条形凸起和球形凸起组成。

所述的条形凸起是仿沙漠蝎子背甲棱纹凸起结构，所述条形凸起的截面外轮廓满足以下数学表达式：