近年来,激光表面改性技术与仿生耦合学相结合,广泛应用于导轨耐磨性能的改善中,成为一个研究热点,但是至今尚且存在一些不足,对磨损过程中内部的应力分析还很模糊。(1)为了提高导轨的耐磨性能,本文对HT300材质的导轨进行了激光熔凝处理。分析了激光熔凝前后HT300材质的显微形貌、组织结构、显微硬度、弹性模量和3D磨损形貌,从显微组织和显微硬度两个层面总结了激光熔凝后耐磨机理。结果表明,HT300导轨经激光熔凝后生成的马氏体组织由于存在孪晶和位错,增强了材质抵抗塑性变形的能力。显微硬度比原来提高了3.11倍,使得磨损过程中硬化区的粗糙峰承载着主要的应力,减轻了基体所受应力。XRD实验结果得出石墨含量降低量占基体的40%,降低了裂纹萌生率。激光处理区域经过磨损后,锥刺、鳞尾、点蚀、剥落现象较未处理部位明显降低,裂纹扩展方向与摩擦方向呈45?-60?夹角,萌生源头为基体与熔凝组织的衔接部位。(2)设计出不同仿生试样,在相同的滚动干磨擦情况下进行磨损试验,结合磨损失重情况和3D形貌得到最大化改善导轨耐磨性能的仿生织构。在仿生织构形状相同的前提下,硬化区体积越大耐磨性越强,主要归因于高硬度值。在织构体积相同的前提下,不同类型的织构在磨损过程中的等效应力,最大剪应力,摩擦应力各不相同,因而耐磨性能也有所差异。(3)利用ansys workbench软件对非线性摩擦学问题进行了动态接触分析,从剪应力、等效应力、摩擦应力三方面分析了仿生导轨内部接触应力变化情况。动态接触分析结果表明试样块抗疲劳磨损的能力与实验结果分析中的变化趋势基本一致,仿生织构与摩擦方向所成的夹角越大,摩擦应力越小。模仿穿山甲仿生试样表面纹理织构的耐磨性能较与摩擦方向呈角度的耐磨性能强,仿生试样能够使接触表面摩擦应力变得平缓,从而使材料受力均匀。仿生织构的存在改变了运动部件的应力分布状态,降低了最大应力分布面积。其夹角处(即激光搭接部位)容易产生应力集中现象,而穿山甲试样的圆弧能够起到释放应力的作用,基于此得到了优化耐磨性能的方案:避免激光搭接产生应力集中和空洞现象,增加圆弧半径使应力得到释放,对以后导轨的仿生强化具有一定的指导意义。