Q235碳钢表面磨损痕迹的制作及三维重建

1试样制备
    在实际情况下，影响摩擦磨损的因素颇多，为了研究摩擦和磨损的机理，确定各种因素对摩擦磨损的影响以及评价各种材料的摩擦磨损性能，找出摩擦磨损的规律，都
必须在很大程度上依靠试验，本文针对此情况进行磨损试样的自主制作。本文采用的试样为Q235碳钢，标准是要求加工成(b22mm、厚度为5mm的圆形试样，其中Q235碳钢化学成分见表1。
    表1Q235碳钢的化学成分(≤wt%)
    化学成分    Si      Mn         P     S       C       Cu       Fe
    含量／%    0. 210    0.580    0.017    0.036    0.210    0.020    余量
    利用金相试样镶嵌机对方形试样进行镶嵌，镶嵌成+22 mm的试样。再对试样进行适当表面处理（除油除锈）．在其表面焊接铜质导线，然后将试样用环氧树脂密封（79%的环氧树脂，14%的邻苯二甲酸二丁脂，7%的乙二胺慢慢搅拌均匀，然后调配好的环氧树脂慢慢倒入铝片圈中）。环氧树脂固化后，利用莱州市蔚仪试验器械制造有限公司生产的MP - 2B型金相试样磨抛机对试样进行打磨，将工作表面打磨出来，研究电极即成。    Q235碳钢研究电极的试验面先是采用1200#氧化铝水砂纸打磨平整，图3为试验机打磨示意图。试样经自来水洗、去离子水洗并吹干后，再用棉签蘸丙酮把研究电极擦拭干净，使用401MVD数显显微维氏硬度计观测试样表面，如果没有点蚀坑或明显的打磨缺陷，即可置于干燥皿中备用。否则要视情形具体情况重新打磨处理，因为该试样可能与水及水中有含的杂质将发生反应。
2三维形貌重建
    完成了试样的制备后，就可以采用白光干涉仪对该试样表面进行检测及图像采集，最后利用空间频域算法进行图像处理，进而实现磨损痕迹的三维形貌重建。
2.1  测量装置系统结构
    图4是测量装置的系统总体框图。光电探测器是电荷藕合器件795×596像素CCD。扫描系统是电容式闭环控制PZT。照明系统采用高亮度白光LED作为光源，光束透镜L扩束后经过分束棱镜和透镜组入射到被测面和参考面，2个面的反射光束经过透镜组后在分束棱镜发生干涉，CCD接收干涉图像并把干涉光信号转化为电信号后通过图像采集卡送到计算机中进行处理。
2.3磨损痕迹的图像采集及三维重建
    图5为试样原貌，图6为实验中采用白光干涉仪扫描磨损痕迹工件表面所测量到的干涉图，测量范围为0.203 2 mm x0.203 2 mm。    从图6中可以清楚地看到白光干涉条纹，该图为干涉测量系统对测量表面不同位置扫面可以得到的系列连续干涉图之一，在此基础上，利用空间频域算法进行该试样表面的三维形貌重建。重建出来的形貌如图7所示。
    根据图7，再结合试样磨损痕迹原貌图对比，可以看出，三维重建图与试样原貌图完全吻合，并且三维重建图更加清晰、直观、定量地描绘出了试样表面磨损程度，为下一步定量分析力学性能与磨损程度、磨损方向做好了准备，为有关工程磨损方面的机械构件的预防及日常维护打下基础。
3结束语
    由于目前有关磨损的研究处于热点，本文采用工程较普遍运用的Q235碳钢做了磨损试样，并利用试验测量装置进行了试样表面磨损痕迹的检测、采集，进而通过空间频域算法进行了试样表面原貌的三维重建。由重建出的三维形貌就可以更加清楚、直观、定量地分析磨损痕迹的方向及磨损程度，为工程磨损方面微机械构件提供更加全面、真实的粗糙度计算信息，也为构件周期润滑提供更可靠的数据依据。(http://www.qiegeji5.com)