本文利用一種新型表面處理技術(shù)——超聲加工(USM)技術(shù)對金屬材料(球墨鑄鐵、45鋼)進(jìn)行固定參數(shù)的表面改性處理。以桿件、平面試樣和工程樣件(電機(jī)端蓋)為對象,采用掃描電鏡(SEM)、白光共焦三維顯微鏡、X-射線衍射分析(XRD)、萬能試驗(yàn)機(jī)、顯微硬度儀等測量分析手段,系統(tǒng)地研究了超聲加工技術(shù)對金屬材料的表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)、摩擦學(xué)性能、機(jī)械性能的影響,并對其原因進(jìn)行了分析,探討了超聲加工的晶粒細(xì)化機(jī)理。本文的主要研究結(jié)果如下:(1)對試樣表面三維形貌與微觀幾何尺寸的測試發(fā)現(xiàn):經(jīng)過超聲加工后,球墨鑄鐵材料的表面粗糙度明顯降低,桿件、平面試樣及電機(jī)端蓋的表面粗糙度Ra值變化率為-35.29%、-81.13%、-76.98%;尺寸變化分別為-8μm、-10μm、-10μm;試樣表面加工區(qū)與未加工區(qū)交匯處產(chǎn)生了高約30μm的材料凸起。超聲加工對降低材料表面粗糙度效果明顯,但存在對幾何尺寸的影響。(2)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明:經(jīng)過超聲加工后,材料表面顯微硬度顯著提高,其中球墨鑄鐵提高25.5%,影響深度為0.6-0.8mm;45鋼提高12%,影響深度為1.5mm-2mm。超聲加工試樣的抗拉強(qiáng)度降低、屈服強(qiáng)度增加,屈強(qiáng)比變大。超聲加工球墨鑄鐵試樣拉-拉疲勞壽命得到明顯的提高,這是超聲加工產(chǎn)生晶粒細(xì)化層、加工硬化、殘余壓應(yīng)力、表面形貌等因素共同作用的結(jié)果。(3)在油潤滑條件下,對GCr15球與超聲/未超聲處理球墨鑄鐵盤進(jìn)行球盤摩擦學(xué)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)超聲加工摩擦副摩擦系數(shù)較未超聲加工處理試樣摩擦副相比有大幅降低;經(jīng)過超聲加工處理試樣表層的磨損及對偶件GCr15的磨損量均有大幅度降低,試樣表面的磨損機(jī)理也有所不同。超聲加工能使材料的減摩、抗磨性能得到明顯改善。(4)超聲加工的振動(dòng)沖擊使金屬材料表層組織發(fā)生劇烈的塑性變形,試樣表面形成約100μm的塑性流變層;材料表層劇烈的塑性變形通過新晶界的形成以及位錯(cuò)移動(dòng)等形式進(jìn)行釋放,最終造成晶粒細(xì)化和表面硬化,實(shí)現(xiàn)了表面機(jī)械強(qiáng)化。有限元仿真分析發(fā)現(xiàn),超聲刀具進(jìn)給方向有明顯的塑性變形,角度、深度的變化趨勢與顯微觀察到的微觀結(jié)構(gòu)變化趨勢一致。
【學(xué)位單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG663
【部分圖文】：

圖 1-1 超聲加工裝置示意圖v=0.12mm/s振幅硬質(zhì)工具頭F軸向進(jìn)給未加工面加工面擠壓量彈性回復(fù)量圖 1-2 超聲加工表面強(qiáng)化原理工技術(shù)的發(fā)展，都需要形成一套完整的基礎(chǔ)理論才葉開始，各國科研人員對超聲波加工進(jìn)行了較多的了好幾種分支，不同類型超聲加工情況較為復(fù)雜，爭議。目前，國內(nèi)外有關(guān)超聲加工的研究主要針對件對工件質(zhì)量的影響[18-21]、磨粒及變幅桿的有限元

第二章 試驗(yàn)設(shè)備與材料章根據(jù)試驗(yàn)的要求，制定出可行的科學(xué)技術(shù)路線；結(jié)合技術(shù)路線的要求制試樣和拉伸試棒，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康膶ζ溥M(jìn)行超聲加工表面處理。重點(diǎn)介紹了、摩擦學(xué)試驗(yàn)設(shè)備，此外還簡單介紹了各種試驗(yàn)檢測儀器，試驗(yàn)材料性能部分的數(shù)據(jù)處理方法。驗(yàn)技術(shù)路線 2-1 為論文的整體技術(shù)路線圖。本論文著眼于超聲加工對金屬材料表面及能影響的研究。針對鑄鐵、45 鋼試樣和高鐵機(jī)車電機(jī)端蓋實(shí)物，進(jìn)行表面處理；對比研究超聲加工對材料表面微觀形貌、幾何尺寸、抗拉伸強(qiáng)度、度性能、殘余應(yīng)力分布及尺寸隨時(shí)間變化的影響；結(jié)合有限元仿真方法，加工對金屬材料表面作用機(jī)理。

A 為振幅，p 為刀具進(jìn)給速度。車床直試樣表面方向?qū)υ嚇舆M(jìn)行高頻撞擊且沿具頭直接與試樣接觸，工具頭材料為金剛防止在黏附現(xiàn)象的出現(xiàn)。該超聲加工裝置面加工效果較好等諸多優(yōu)點(diǎn)。在超聲加工質(zhì)量、硬度有著重要影響。通常在一定范越大，表面粗糙度越低。進(jìn)給量越小，表值也越小，但是加工效率會相應(yīng)降低。諸此，要更加金屬表面需要達(dá)到的表面質(zhì)量2-5 為超聲加工試棒和圓盤的三維示意圖
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 牛宗偉;孫鵬;邵珠恒;房友飛;;超聲噴丸稀土預(yù)制膜對鋁合金微弧氧化耐蝕性的影響[J];電鍍與精飾;2015年12期

2 李鵬;劉道新;關(guān)艷英;成書民;趙遠(yuǎn)興;曹亮;李歡;;噴丸強(qiáng)化對新型7055-T7751鋁合金疲勞性能的影響[J];機(jī)械工程材料;2015年01期

3 盧國鑫;陸峰;;高強(qiáng)度噴丸對300M鋼抗疲勞性能的影響[J];機(jī)械工程材料;2015年01期

4 盧柯;;梯度納米結(jié)構(gòu)材料[J];金屬學(xué)報(bào);2015年01期

5 鄭侃;肖行志;廖文和;劉紅杰;;完全燒結(jié)氧化鋯牙科陶瓷材料的旋轉(zhuǎn)超聲加工實(shí)驗(yàn)研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2013年09期

6 肖志瑜;葉旋;陸宇衡;胡磊;張文;;噴丸表面強(qiáng)化處理Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的彎曲疲勞性能及斷口分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2013年20期

7 袁潤;程云榮;符永宏;華希俊;楊東燕;陳美云;;線接觸副球墨鑄鐵表面激光織構(gòu)對摩擦學(xué)特性的影響[J];江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年04期

8 趙顯華;劉瑞秀;;豪克能~(PT)技術(shù)在航空抗疲勞制造中的作用[J];航空制造技術(shù);2012年22期

9 王建春;;超聲加工技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望[J];機(jī)械工程師;2012年04期

10 張德遠(yuǎn);劉靜;;飛機(jī)緊固孔超聲振動(dòng)精密加工技術(shù)研究[J];中國機(jī)械工程;2012年04期

本文編號：2893014