發(fā)布時間：2019-07-13 21:23

【摘要】：45鋼是現(xiàn)代制造中廣泛應(yīng)用的一種優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼,價格低廉,經(jīng)適當?shù)臒崽幚砗?綜合性能優(yōu)良。但隨著機械朝著高速化、智能化方向發(fā)展,機械對材料性能提出更高的要求,傳統(tǒng)的熱處理強化手段已不能滿足現(xiàn)代機械對零件的苛刻要求。為了得到硬度高、耐磨性好的表面強化層并保持45鋼優(yōu)異的力學性能,常對45鋼進行表面強化處理。本文采用數(shù)值模擬與試驗論證相結(jié)合的方法對45鋼激光表面強化工藝進行優(yōu)化,并對其性能提升的內(nèi)在機理進行研究,然后對其表面強化試樣實施磁能強化試驗,以消除激光表面強化工藝存在的不足。本文采用有限元軟件ANSYS對激光束掃描試樣的溫度場開展模擬計算,研究其溫度分布規(guī)律,揭示強化層性能獲得提升的內(nèi)在機理。采用單因素分析方法,探討激光功率和掃描速率對表面強化層組織性能的作用規(guī)律。結(jié)果表明:激光工藝參數(shù)對硬化層顯微組織和性能有較大的影響,相變硬化層的深度和寬度伴隨激光功率的增加而增大,伴隨掃描速度的增加而減小;硬化層的截面硬度隨著激光功率和掃描速度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的變化規(guī)律。探討不同激光束掃描工藝參數(shù)對45鋼表面硬度和耐磨性的影響,通過采用硬度計對試樣表面進行硬度測量,使用電子分析天平稱量試樣重量并計算摩擦失重,采用帶能譜儀的掃描電鏡拍攝磨損后的表面形貌特征。結(jié)果表明:強化層的表面硬度隨激光功率和掃描速率的增大均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢,激光表面強化后試樣的耐磨性得到明顯改善,摩擦失重大幅度地降低,磨損表面形貌變得平坦。利用自制的磁能強化裝置對經(jīng)過激光表面強化后的45鋼實施磁化試驗。研究了不同的磁化頻率、磁化時間對45鋼硬度和耐磨性的影響規(guī)律。試驗結(jié)果表明:在合適的磁化工藝參數(shù)條件下,45鋼的表面硬度均得到不同程度的提高,摩擦系數(shù)有所下降。旋轉(zhuǎn)磁場能降低馬氏體激活能,促使部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)換為馬氏體,材料的顯微組織變得致密,耐磨性得到提高。針對激光表面強化工藝中易產(chǎn)生顯微裂紋的缺點,采用有限元軟件ANSYS對激光束掃描試樣的應(yīng)力場開展模擬計算,研究其應(yīng)力分布規(guī)律,揭示裂紋產(chǎn)生的內(nèi)在機理。采用旋轉(zhuǎn)磁場輔助激光表面強化工藝對45鋼實施表面復(fù)合強化處理,探究旋轉(zhuǎn)磁場對強化層組織結(jié)構(gòu)及耐磨性的影響。結(jié)果表明:沿掃描方向的熱應(yīng)力是試樣硬化層產(chǎn)生顯微裂紋的主因,掃描過程中施加旋轉(zhuǎn)磁場后,顯微裂紋明顯減少,組織得到細化,試樣的顯微硬度和耐磨性均得到明顯提升。
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圖片說明： 使其產(chǎn)品達到甚至超過原來新產(chǎn)品相同的質(zhì)量和性，落實“節(jié)約型社會”、“循環(huán)經(jīng)濟”的戰(zhàn)略決策及對的效應(yīng)和積極意義，應(yīng)用前景十分廣闊。化國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀面強化的作用機理是使用激光束產(chǎn)生的高能量掃描材料表面，使被照射相變點 AC3或 AC1(如圖 1.1 所示)點以上某一溫度并的含碳量為 0.45%介于 0.0218%-0.77%之間)，使其奧由于熱傳導的作用，處于冷態(tài)的基體和周圍的大氣使快冷到 Ms以下)而發(fā)生自淬火(如圖 1.2 所示)，奧氏織的熱處理工藝[1-3]。
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圖片說明： 圖 1.2 奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變面強化數(shù)值分析國內(nèi)外的研究近況內(nèi)外眾多研究人員對激光表面強化的溫度場、應(yīng)力場為系統(tǒng)的研究，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，解析模型到現(xiàn)在更加接近實際工況的三維,基礎(chǔ)理論研究的發(fā)了較大的提高。料進行激光表面強化數(shù)值模擬的有限元軟件主要有 AAQUS 等，數(shù)值模擬大部分集中在激光表面強化溫度分布規(guī)律研究材料組織性能的變化。另外，也有少部化趨勢。先后利用有限元軟件ProCAST和ANSYS對球墨鑄鐵研究，，并對其硬化層的寬度和深度進行了模擬計算，模型的準確性。
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG668;TG142.1

【參考文獻】

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本文編號：2514295