精密機床軸承是支撐主軸高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵零部件,軸承套圈在長期存放和服役過程中,由于殘余奧氏體和馬氏體等亞穩(wěn)組織轉(zhuǎn)變,將導致其尺寸精度的變化,嚴重影響軸承壽命,因此有必要對其組織演變和尺寸變化規(guī)律進行研究。對精密機床軸承基體材料在溫度場下的組織轉(zhuǎn)變動力學和組織演化規(guī)律進行了研究。通過DSC數(shù)據(jù)計算得到了殘余奧氏體分解和碳化物轉(zhuǎn)變的激活能,分別為109.4 kJ/mol和179.4 kJ/mol,建立了不同等溫條件下的組織轉(zhuǎn)變動力學模型,并表明提高時效溫度可以加速組織轉(zhuǎn)變。不同溫度下(140、160、180℃)的時效實驗結(jié)果證明了模型的準確性和可靠性,表明提高溫度不僅能促進殘余奧氏體分解,還會使其相內(nèi)碳濃度升高,提高其熱穩(wěn)定性;同時碳化物會以過渡碳化物-亞穩(wěn)碳化物-滲碳體這樣的方式來進行轉(zhuǎn)變,它們的含量、大小和分布等都會發(fā)生變化,并影響材料的性能指標,使洛氏硬度在時效過程中逐漸下降。對精密機床軸承基體材料在熱力場下的時效動力學和組織演化規(guī)律進行了研究。熱膨脹曲線表明拉應力會影響殘余奧氏體分解和碳化物轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間,加速整個時效過程;通過進一步計算,得到了它們在40MPa拉應力下轉(zhuǎn)變的激活能分別為121.5 kJ/mol和94.7 kJ/mol,并建立了應力時效動力學方程;通過與溫度場下的組織轉(zhuǎn)變激活能對比,表明拉應力能略微提高殘余奧氏體的機械穩(wěn)定性,并大幅促進碳化物轉(zhuǎn)變。不同應力下(0、20、40MPa)連續(xù)升溫至300℃實驗和溫度-應力耦合時效實驗的結(jié)果也表明,應力能使殘余奧氏體的相內(nèi)碳含量略有提高,并在時效初期使碳化物析出更加均勻,碳化物的平均直徑更小,小顆粒占比也更多。在組織轉(zhuǎn)變動力學的基礎(chǔ)上,建立了組織演變與尺寸變化之間的關(guān)聯(lián)機制,即尺寸變化預測模型。殘余奧氏體分解引起的尺寸增大和碳化物轉(zhuǎn)變導致的尺寸縮小,將共同決定時效過程中的尺寸變化。模型充分考慮了組織轉(zhuǎn)變動力學、碳濃度變化、碳化物轉(zhuǎn)變的來源等多方面因素,比傳統(tǒng)的預測方法更加準確,也得到了文獻數(shù)據(jù)及實驗數(shù)據(jù)對模型的理論和實驗驗證。模型能較好的對尺寸變化的大小和趨勢進行預測,從而能為軸承套圈的精度控制提供理論指導。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG502
【部分圖文】：

武漢理工大學碩士學位論文SC 的實驗原理主要是利用了樣品在反應過程中明顯的吸熱或者放器的簡單原理圖如圖 2-1 所示。樣品和參比物在相同的實驗條件下降溫，樣品由于發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變或結(jié)晶等化學反應，會出現(xiàn)吸熱或物通常是空白坩堝或者不會產(chǎn)生熱效應的物質(zhì)，因此它們之間就 ΔT。當儀器通過相應的放大電路實時檢測到溫度差 ΔT，就會立刻熱電流和功率，從而對熱量進行補償，使溫度差 ΔT 平衡，這也是率補償型的原因。通過改變電流和功率而得到的熱量補償，被記錄變化關(guān)系，即 DSC 曲線。

圖 2-2 Gleeble3500 熱模擬試驗機溫度-應力耦合時效實驗要實現(xiàn)溫度-應力耦合加載的實驗條件，然而目前還沒有專門用于應力時效的實驗裝置和設(shè)備。常用的溫控恒溫箱僅能提供溫度場，可進行人工時效，卻難以將應力加載裝置放入其中進行應力時效；帶恒溫箱的電子萬能試驗機可以同時進行溫度-應力加載，但它通常用于高溫拉伸實驗，長時間的應力時效實驗會損壞試驗機；而最滿足應力時效條件的高溫蠕變試驗機，多用于材料的蠕變性能測試，很少用于材料的時效處理實驗，而且該設(shè)備價值昂貴、占地面積大、實驗成本高。因此自行設(shè)計了一種溫度-應力耦合時效的實驗裝置，利用它可以對時效過程中溫度的高低、應力的大小等影響因素進行調(diào)節(jié)控制。它能夠?qū)崿F(xiàn)的最大拉應力載荷為 80 MPa，最高溫度可達 400 ℃，可以基本滿足不同條件下的溫度-應力耦合時效實驗，并以此來研究材料在應力時效過程中的組織演變。其設(shè)計裝配圖以及實物圖如圖 2-3 所示。

圖 2-2 Gleeble3500 熱模擬試驗機溫度-應力耦合時效實驗要實現(xiàn)溫度-應力耦合加載的實驗條件，然而目前還沒有專門用于應力時效的實驗裝置和設(shè)備。常用的溫控恒溫箱僅能提供溫度場，可進行人工時效，卻難以將應力加載裝置放入其中進行應力時效；帶恒溫箱的電子萬能試驗機可以同時進行溫度-應力加載，但它通常用于高溫拉伸實驗，長時間的應力時效實驗會損壞試驗機；而最滿足應力時效條件的高溫蠕變試驗機，多用于材料的蠕變性能測試，很少用于材料的時效處理實驗，而且該設(shè)備價值昂貴、占地面積大、實驗成本高。因此自行設(shè)計了一種溫度-應力耦合時效的實驗裝置，利用它可以對時效過程中溫度的高低、應力的大小等影響因素進行調(diào)節(jié)控制。它能夠?qū)崿F(xiàn)的最大拉應力載荷為 80 MPa，最高溫度可達 400 ℃，可以基本滿足不同條件下的溫度-應力耦合時效實驗，并以此來研究材料在應力時效過程中的組織演變。其設(shè)計裝配圖以及實物圖如圖 2-3 所示。

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本文編號：2830322