甘肃农业大学硕士研(究03版)

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3)以苜蓿草粉为磨料在MLS-225型湿砂橡胶轮式磨 损试验机(如图2）上进行磨料磨损试验，测试试件的 抗软磨料磨损性能； 4）采集图像并处理。用CCD摄像头通过显微镜专 用接口与金相显微镜直接相连接的方法（如图3）采集 金相图片， 通过图像处理对其特征参数进行定量化分 析； 5）用扫描电镜对磨损前后的试件进行形貌观察， 利用数字图像处理得出表面形貌特征参数； 6）综合磨料磨损试验、金相组织和磨损表面形貌 分析，系统研究金属材料金相组织特征参数、表面形 貌特征参数与材料耐磨性之间的关系，建立相应的非 线性数学模型。
2 金相组织图像处现状
近几年来，很多国家先后开发了功能齐全的金相组织图像分析 系统，但由于价格过于昂贵，多数企业无力承担。针对铸铁金相组织 而开发的专用图像分析系统目前还不多见。日本OLYMPUS生产的金相 图像分析系统虽然可以分析铸铁、铸钢、有色合金等材料金相组织， 但在铸铁金相分析上只包括球墨铸铁球化率评级和灰铸铁金相分析。 日本一家公司最近有SG-2000球化率检测系统面市，功能包括分析球 化率、珠光体百分含量、石墨的体积百分含量等，但价格昂贵[16]。 对于铸铁的球化率，美国的米歇而根工业大学的S.Z.Lu和A.Hellawell提 出的形状因子法被认为是目前描述石墨形态较为准确的分析方法[17] 。 但这种方法不能反映石墨球形状的详细信息[18]，同时也不能反映石墨 的分布状况。在国内，虽然特别成型的商用铸铁金相组织分析系统未 见报道，但应用计算机图像识别技术分析铸铁金相组织已有很多研究 成果。甘肃工业大学王智平等人采用边缘检出区域提取的方法识别图 像，并运用二值化处理图像获得铸铁金相组织识别结果[19-20]。东南大 学蔡明东等人提出了计算机辅助检测的基本思路和方法，并在Borland
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二
研究现状
1 软磨料磨损研究现状
2 金相组织图像处理现状
1 软磨料磨损研究现状 Section header Section header Section header Section header
从材料学的角度,分析金属组织与性能的关系可以 有效地预测材料性能,合金相图是确定材料成分与组织 结构关系的依据。另一方面,金属材料的组织状态又可 Section 以反映材料的热处理质量,这样可以通过对金属材料组 header 织的分析,来控制并提高金属材料热处理的质量,从而 达到改善金属材料的各项性能的目的。本课题在关于 Section 环模失效理论研究的基础上，研究关于金属材料组织 header 结构转变与其抗软磨料磨损性能的非线性关系。 Section header
甘肃农业大学硕士研究 生论文开题报告
课题名称： 课题名称：金属材料金相组织结构转变与其 抗软磨料磨损性能的关系研究
所在院系： 所在院系： 工学院 所在专业： 所在专业： 农业机械化工程 学生姓名： 学生姓名： 连 潇 导师姓名： 教授） 导师姓名： 吴劲锋 （教授） 入学时间： 2008.9 入学时间：
Business template 一 研究意义 二 研究现状 三 研究目地 四 内容与方法 五 预期进展 六 参考资料
一 研究意义
掌握金属的成分、组织结构、性能三者之间的变化规律，就可以 控制相变过程以便获得预期的组织结构，从而使之赋予预期的性能。 能动地控制材料的相变过程有利于改进生产技术，发展生产，增加效 益。在饲料加工业中，环模制粒设备存在堵模、环模使用寿命短、制 粒质量差、粉化率高、功耗大等问题；国内制粒机与国外相比，技术 上还存在较大的差距，其主要差距是环模的使用寿命短和生产率低。 国内外关于农业机械的摩擦磨损性能研究主要以土壤对金属材料摩擦 磨损性能的研究，而以植物材料为磨料，研究其对金属材料磨损性能 的影响还不多见。因此，国内有人以苜蓿草粉为磨料进行了环模失效 机理的研究。本论文在研究环模失效机理的基础上，寻找金属材料组 织结构转变与其抗软磨料磨损性能的关系，对农业机械的抗磨料磨损 性能有重要意义。
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11.棱镜(一） 12.棱镜（二） 13.场镜 14.接目镜 图 3 JX—4型光学系统图
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五 预期进展
第一阶段（2009.12 ～2010.3）：查询相关知识文献； 第二阶段（2010.4 ～2010.6）：完成试件的制备。 第三阶段（2010.7～2010.9）：进行材料金相组织及其形貌分析。 第四阶段（2010.10 ～2010.12）：在 MLS-225型湿砂橡胶轮式 磨损
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试验机上对试件进行磨料磨损实验并对磨损后的试件 进行金相组织和形貌分析。 第五阶段（2011.1～2011.3）：整理实验结果，研究金属材料金相 组织特征参数、表面形貌特征参数与材料耐磨性之间 的关系，建立相应的非线性数学模型。 第六阶段（2011.4～2011.6）：完成毕业论文。
三 研究目地
随着社会经济的发展，材料与能源消耗迅速增加， 同时也进一步导致了地球环境的恶化。节能与环保 是当今世界急需解决的课题之一。摩擦与磨损是引 起能源损失，造成材料损耗或者破坏的主要因素之 一。据专家估计人类开发的全部能源约有30%～50% 最终消耗在摩擦过程中[3]。磨损是摩擦学的三个重要 组成部分之一，磨料磨损又是磨损研究领域中最重 要的研究方向之—。 由此可见，磨料磨损对国民经 济有重要影响。对机械设备的摩擦和磨损的任何减 小，都将是一笔不小的节约，特别是在现代高科技 下生产的精密机械，任何一点的节约都会给国家经 济带来巨大效益。
国内目前除吴劲锋等对部分金属材料进行了苜蓿草粉对其的 磨损性能研究外，尚未出现有关以苜蓿作为磨料进行软磨料磨损 研究的相关文献，仅有以下几位学者对软磨料磨损机理进行了初 探。 学者WangNing [12]在Tribology Transactions杂志上文探讨软 磨料为何有时能够磨损硬介质，得出硬介质的表面由于摩擦热的 堆积，其硬度下降，软磨料磨损便转化为了硬磨料磨损。向红亮 博士[13]在削-盘式磨损装置上，选择与木材纤维微观结构相同的 帆布作为磨料，研究其对马氏体＋片状碳化物和奥氏体＋片状碳 化物的磨损，结果表明：以奥氏体为基体的试样耐磨性高于以马 氏体为基体的试样。这是因为软磨料磨损过程主要是先发生塑变 ，然后形成空洞和裂纹，最后产生脱落，不会产生切削现象。而 奥氏体在磨损过程中会产生硬化，且奥氏体为主的材料硬化能力 高于马氏体。奥氏体组织比马氏体组织更耐磨，这是因为奥氏体 组织具有更好的塑性变形能力。
图1 系统方案总图
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图2 MLS-225型湿砂箱胶轮式磨损试验机
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1.灯泡 2.聚光镜组（一） 3.聚光镜组（二） 4.半反射镜 5.补助透镜（一） 6.物镜组 7.反射镜 8.孔径光阑 9.视场光阑 10.补助透镜（二）
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四 研究内容和方法
本课题在研究环模磨损机理的基础上，对金属材 料固态金相组织特征参数应用计算机技术和数据图像 处理技术进行定量分析，系统总体方案图如图1。根据 研究需求，本课题的研究内容与方法如下： 1）根据环模的使用性质选择适宜的金属材料，分 析其成分、组织、性能； 2）对选择的金属材料根据其物理和化学性质及其 使用要求，制定热处理工艺，制备试件。
C++集成环境中编制了相应的检测软件；马鞍山钢铁公司研究所使用 IBAS系统对珠光体片间距的测量进行了研究[21]。兰州理工大学徐建林 等利用模糊数学建立了球墨铸铁等级的评价模型，借助应用软件对 GB9441—1988球墨铸铁金相检验标准的球化级别分级图进行了处理和 分析，得出一个较为科学的、全面的球铁球化等级的模糊评价体系[22]。 吴雪平、吴树森等人利用筛选法开发出镁铝合金半固态金相组织分析 软件，可以得到固相率，在经过颜色过滤后，用计算像素个数的方法 得到晶粒尺寸[23]。南昌大学的杨湘杰、罗忠民等开发的非枝晶固相组 分计算机分析系统，运用调色板对像片固相组分中色度最浅和最深处 取值，完成固液相组分分离阈值设定，再由计算机逐行扫描，最后计 算得到固相组分，系统开发采用Delphi5.0，软件具有良好的界面和执 行效率[24]。辽宁工程大学冯欣等人通过对大量金属样本组织显微的图 像分析所取得的特征参数与合作单位的显微暗室成像参数进行实验对 比，结果显示：金相组织显微图像分析算法对金属晶粒特征参数测量 的准确率令人满意[25]。
六 参考资料
[1] 王进,沈其伟.进口制粒机非正常故障的排除及修复[J].饲料工业,1994（1）: 17- 18 [2] 罗明辉.延长制粒机压模使用寿命的方法[J].粮食与饲料工业,1996,（12）:18-19 [3] 孙建林.材料成形—摩擦与润滑.北京：国防工业出版社，2007. [4] 材料耐磨抗蚀及其表面技术丛书编委会主编.材料的磨料磨损.北京:机械工业 出版社，1990. [5] 周平安,孙家枢,张兴龙.拖拉机铸造履带板磨料磨损特性的研究[J].农业机械学 报，1984,(2):67-76 [6] 孙家枢,贺镇江.磨料对材料表面磨损作用力及磨损机理的研究[J].农业机械学 报,1984,(1):58-68 [7] Richardson RCD, The Wear of Materials by Relatively soft Abrasives[J] .Wear, 1968, (11)： 245-275 [8] Peter J.The significance and use of the friction coefficient[J].Tribology International,1997, 30(5):321-331 [9] Peter J. The significance and use of the friction coefficient[J]. Tribology International,2001, 34:585-591 [10]周仲荣.摩擦学发展前沿[M].北京:科学出版社,2006,29-30 [11]Richardson R L D. The wear of metal by hard abrasive [J].Wear,1967,(10): 291-309 [12] Wang Ning; Transformation of soft-abrasive wear into hard-abrasive wear under the effect of frictional heat[J].Tribology Transactions, 1989, 32:85-90 [13] 向红亮,刘东.磨盘材料软磨料的磨损机理[J].中国造纸,2007,26(2):18～19 [14] 李茂山,吴光英.金属热处理的现状与发展趋势[J].国外热处理，1998,(1):5～7
通过大量文献的查阅，国外关于软磨料对金属材料磨 损方面的文献较少，仅有几位学者对软磨料磨损作了相关理 论解释：有学者认为，软磨料之所以能够磨损硬材料，是因 为在磨损过程中，磨料会发生硬化，硬化后的磨料的硬度超 过材料的硬度，成了硬磨料磨损。Rabinowicz E[11]认为，硬度 是一个统计值，软磨料中会有硬磨粒，而硬材料中有软部位， 软磨料磨损是软磨料中的硬颗粒对硬材料中的软部位进行了 磨损。路德曼提出了一个独特的看法，在一定负荷下，软材 料在金属表面上压出了一个弹性坑。当压力高于磨料的屈服 极限时，磨粒发生变形，并沿着金属表面延伸，这时，由于 磨粒和金属之间的摩擦力很高，在弹性坑的坑沿上将产生很 高的切应力集中，从而使金属发生裂纹，形成磨损。
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如果我们在开发带有摩擦副构件的产品之前，能 预测或提前计算构件的摩擦磨损状况、优化摩擦副性 能、延长服役时间以及减少维修费用等，这些都将极 大地推动国家现代制造技术的进步。植物材料对金属 材料摩擦磨损是影响农业机械、饲料加工机械使用寿 命的主要原因之一。在生产实践过程中，以生产苜蓿 草颗粒的环模制粒机为例，由于苜蓿的形状及其物理 机械性能与配合饲料不同，加工苜蓿草颗粒的环模寿 命只有加工配合饲料颗粒的1/4，而环模的磨损是以磨 料磨损为主要形式。因此，以苜蓿草粉为磨料对金属 材料磨损性能的影响的研究具有现实意义。