【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(jià)格低廉,經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?綜合性能優(yōu)良。但隨著機(jī)械朝著高速化、智能化方向發(fā)展,機(jī)械對(duì)材料性能提出更高的要求,傳統(tǒng)的熱處理強(qiáng)化手段已不能滿足現(xiàn)代機(jī)械對(duì)零件的苛刻要求。為了得到硬度高、耐磨性好的表面強(qiáng)化層并保持45鋼優(yōu)異的力學(xué)性能,常對(duì)45鋼進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。本文采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)論證相結(jié)合的方法對(duì)45鋼激光表面強(qiáng)化工藝進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)其性能提升的內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行研究,然后對(duì)其表面強(qiáng)化試樣實(shí)施磁能強(qiáng)化試驗(yàn),以消除激光表面強(qiáng)化工藝存在的不足。本文采用有限元軟件ANSYS對(duì)激光束掃描試樣的溫度場(chǎng)開展模擬計(jì)算,研究其溫度分布規(guī)律,揭示強(qiáng)化層性能獲得提升的內(nèi)在機(jī)理。采用單因素分析方法,探討激光功率和掃描速率對(duì)表面強(qiáng)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(duì)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(duì)45鋼表面硬度和耐磨性的影響,通過(guò)采用硬度計(jì)對(duì)試樣表面進(jìn)行硬度測(cè)量,使用電子分析天平稱量試樣重量并計(jì)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(qiáng)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(shì),激光表面強(qiáng)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(qiáng)化裝置對(duì)經(jīng)過(guò)激光表面強(qiáng)化后的45鋼實(shí)施磁化試驗(yàn)。研究了不同的磁化頻率、磁化時(shí)間對(duì)45鋼硬度和耐磨性的影響規(guī)律。試驗(yàn)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(chǎng)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(duì)激光表面強(qiáng)化工藝中易產(chǎn)生顯微裂紋的缺點(diǎn),采用有限元軟件ANSYS對(duì)激光束掃描試樣的應(yīng)力場(chǎng)開展模擬計(jì)算,研究其應(yīng)力分布規(guī)律,揭示裂紋產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理。采用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)輔助激光表面強(qiáng)化工藝對(duì)45鋼實(shí)施表面復(fù)合強(qiáng)化處理,探究旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)強(qiáng)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(guò)程中施加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后,顯微裂紋明顯減少,組織得到細(xì)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(shuō)明： 使其產(chǎn)品達(dá)到甚至超過(guò)原來(lái)新產(chǎn)品相同的質(zhì)量和性，落實(shí)“節(jié)約型社會(huì)”、“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的戰(zhàn)略決策及對(duì)的效應(yīng)和積極意義，應(yīng)用前景十分廣闊�；瘒�(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀面強(qiáng)化的作用機(jī)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(diǎn) AC3或 AC1(如圖 1.1 所示)點(diǎn)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(dǎo)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(shuō)明： 圖 1.2 奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變面強(qiáng)化數(shù)值分析國(guó)內(nèi)外的研究近況內(nèi)外眾多研究人員對(duì)激光表面強(qiáng)化的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)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(shí)際工況的三維,基礎(chǔ)理論研究的發(fā)了較大的提高。料進(jìn)行激光表面強(qiáng)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(qiáng)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(shì)。先后利用有限元軟件ProCAST和ANSYS對(duì)球墨鑄鐵研究，，并對(duì)其硬化層的寬度和深度進(jìn)行了模擬計(jì)算，模型的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG668;TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2514295