硬切削GCr15軸承鋼表面變質層微觀組織及抗磨損性能研究
發(fā)布時間：2021-10-01 04:57
高硬金屬材料廣泛地應用到齒輪、軸承、葉輪葉片等重要零部件中,而干硬切削技術具有加工精度高、加工效率高并且能夠實現綠色加工等優(yōu)點,從而廣泛地應用到高硬金屬材料加工。硬切削過程產生極高的熱量和嚴重的塑性變形,從而在已加工表面產生一層與基體微觀組織不同的的變質層。硬切削表面變質層對工件抗磨損性能有極大影響,而實現變質層的準確預測是生產實踐中控制硬切削工件表面質量的前提,對硬切削技術今后的發(fā)展與應用具有重要的推動作用。因此,本文以工業(yè)中廣泛應用的淬硬GCr15軸承鋼為研究對象,對硬切削已加工表面變質層的微觀組織、形成機理與預測以及抗磨損性能進行了實驗和理論上的探索。主要研究內容如下:（1）硬切削表面變質層的微觀組織與形成機理研究。采用正交切削實驗獲得硬切削已加工表面變質層,并通過掃描電鏡（Scanning Electron Microscopy,SEM）、X射線衍射（X-ray diffraction,XRD）、電子探針（Electron Probe Micro Analysis,EPMA）、透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscopy,TEM）與納米壓痕等...
【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：148 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１高硬金屬材料應用領域??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈａｒｄ?ｍｅｔａｌ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??隨著數控機床技術的不斷提高以及刀具材料的不斷更新，硬切削（Ｈａｒｄ－ｃｕｔｔｉｎｇ）作為??
?硬切削ＧＣｒｌ５軸承鋼表面變質層微觀組織及抗磨損性能研究???冷卻液的加工方式，促進了環(huán)境保護以及可持續(xù)發(fā)展，正越來越廣泛地應用到實際切削??加工中［３，?４］。干硬切削是指在不使用切削液的條件下對高硬度鋼等難加工材料進行高速??切削加工的加工方法。干硬切削加工過程不使用切削液，形成的切屑干凈清潔無污染，??易于回收和處理，可實現綠色加工。??與傳統(tǒng)切削加工不同，硬切削加工的材料硬度極高，因此當刀具作用于被加工工件??時，刀具和工件發(fā)生瞬時碰撞，使后刀面與己加工表面相互擠壓與摩擦，導致己加工表??面承受高溫以及嚴重的塑性變形。并且當刀具離開己加工表面之前，大量切削熱傳入工??件內部。這種極端的高溫、高壓狀態(tài)必然會引起材料內部微觀組織的劇烈變化。大量的??研宄表明，干硬切削己加工表面存在與基體組織不同的變質層【５］。變質層的最表層因為??在光學顯微鏡下呈現白色被稱為白層［６］，變質層的次表層因為在光學顯微鏡下呈現黑色??而被稱為暗層［７］，其金相顯微組織如圖１．２所示。??
?硬切削ＧＣｒｌ５軸承鋼表面變質層微觀組織及抗磨損性能研究???拉長、碎化，最終轉變?yōu)榧{米晶，且摩擦磨損過程中沒有達到奧氏體相變溫度，因此他??們認為白層是由塑性變形導致。??（３）還有一些學者認為白層為相變與塑性變形共同作用的產物。??Ｂａｒｒｙ?和?Ｂｙｒｎｅ?［１８Ｍ吏用透射電子顯微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＴＥＭ）觀??察硬切削淬硬ＢＳ?８１７Ｍ４０鋼以及ＡＩＳＩ４３４０鋼形成的白層微觀組織，觀察結果如圖１．５??所示。結果表明，白層由細化的納米等軸晶組成，白層相構成為ａ體心立方結構（ＢＣＣ），??沒碳化物以及卩面心立方結構（ＦＣＣ）；他們認為７面心立方結構為殘余奧氏體，且殘余奧??氏體為馬氏體逆相變的產物。但是他們認為納米晶是由高溫引起的動態(tài)回復以及動態(tài)再??結晶導致。??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]D2高速車輪鋼在滑動磨損下的白層形成與剝落[J]. 陶貴闖,趙秀娟,潘金芝,潘睿,任瑞銘. 摩擦學學報. 2018(04)
[2]高速硬切削加工表面白層形成機理研究[J]. 陳濤,劉獻禮,李素燕,李凱,劉濤. 機械工程學報. 2015(23)
[3]鎳基粉末高溫合金切削加工表面白層形成熱-力耦合作用機理[J]. 劉戰(zhàn)強,呂紹瑜. 機械工程學報. 2014(17)
[4]CBN車刀前刀面微溝槽結構磨削及其對干切削溫度的影響[J]. 謝晉,羅敏健,吳可可,楊林豐. 機械工程學報. 2014(11)
[5]硬切削表層殘余應力特征預測研究[J]. 陳濤,李素燕,國磊,賈冬開,孫慧. 工具技術. 2012(05)
[6]軸承鋼硬切削表面殘余應力對滾動接觸界面疲勞壽命的影響[J]. 李振,張相琴,張雪萍,LIU C Richard. 上海交通大學學報. 2011(01)
[7]四種合成油微動磨損性能比較研究[J]. 王澤愛,周仲榮. 摩擦學學報. 2009(03)
[8]低碳微合金貝氏體鋼的轉變動力學研究[J]. 于蕾,關小軍,李建文. 山東冶金. 2006(06)
[9]Relations of abrasion resistance and hardness of 16Cr-3C white irons with retained austenite content[J]. Zhiping Sun, Rulin Zuo, Cong Li, Baoluo Shen, Shengji Gao, and Sijiu Huang School of Materials Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China School of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China National Key Laboratory for Nuclear Fuel and Materials. Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610041. China Sijiu Rare Earth Alloy Foundry, Shuangliu 610211, China. Journal of University of Science and Technology Beijing（English Edition）. 2004(06)
[10]應力作用下的相變[J]. 徐祖耀. 熱處理. 2004(02)
博士論文
[1]奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳層組織性能及催滲技術研究[D]. 馬飛.機械科學研究總院 2015
[2]淬硬鋼GCr15精密切削過程的建模與加工表面完整性預測[D]. 陳濤.哈爾濱理工大學 2009
碩士論文
[1]高速干硬切削己加工表面白層微觀形成機理研究[D]. 徐欣欣.大連理工大學 2016
[2]淬硬鋼硬態(tài)車削表面白層與殘余應力研究[D]. 陳立.華中科技大學 2016
[3]高速切削淬硬鋼已加工表面白層和殘余應力的預測與實驗研究[D]. 孔維森.大連理工大學 2013
[4]固態(tài)相變對馬氏體不銹鋼焊接殘余應力影響的有限元分析[D]. 楊小坡.重慶大學 2012
[5]硬態(tài)干式切削材料被加工表面白層的研究[D]. 張凌飛.大連理工大學 2004
本文編號：3417200
【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：148 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１高硬金屬材料應用領域??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈａｒｄ?ｍｅｔａｌ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??隨著數控機床技術的不斷提高以及刀具材料的不斷更新，硬切削（Ｈａｒｄ－ｃｕｔｔｉｎｇ）作為??
?硬切削ＧＣｒｌ５軸承鋼表面變質層微觀組織及抗磨損性能研究???冷卻液的加工方式，促進了環(huán)境保護以及可持續(xù)發(fā)展，正越來越廣泛地應用到實際切削??加工中［３，?４］。干硬切削是指在不使用切削液的條件下對高硬度鋼等難加工材料進行高速??切削加工的加工方法。干硬切削加工過程不使用切削液，形成的切屑干凈清潔無污染，??易于回收和處理，可實現綠色加工。??與傳統(tǒng)切削加工不同，硬切削加工的材料硬度極高，因此當刀具作用于被加工工件??時，刀具和工件發(fā)生瞬時碰撞，使后刀面與己加工表面相互擠壓與摩擦，導致己加工表??面承受高溫以及嚴重的塑性變形。并且當刀具離開己加工表面之前，大量切削熱傳入工??件內部。這種極端的高溫、高壓狀態(tài)必然會引起材料內部微觀組織的劇烈變化。大量的??研宄表明，干硬切削己加工表面存在與基體組織不同的變質層【５］。變質層的最表層因為??在光學顯微鏡下呈現白色被稱為白層［６］，變質層的次表層因為在光學顯微鏡下呈現黑色??而被稱為暗層［７］，其金相顯微組織如圖１．２所示。??
?硬切削ＧＣｒｌ５軸承鋼表面變質層微觀組織及抗磨損性能研究???拉長、碎化，最終轉變?yōu)榧{米晶，且摩擦磨損過程中沒有達到奧氏體相變溫度，因此他??們認為白層是由塑性變形導致。??（３）還有一些學者認為白層為相變與塑性變形共同作用的產物。??Ｂａｒｒｙ?和?Ｂｙｒｎｅ?［１８Ｍ吏用透射電子顯微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＴＥＭ）觀??察硬切削淬硬ＢＳ?８１７Ｍ４０鋼以及ＡＩＳＩ４３４０鋼形成的白層微觀組織，觀察結果如圖１．５??所示。結果表明，白層由細化的納米等軸晶組成，白層相構成為ａ體心立方結構（ＢＣＣ），??沒碳化物以及卩面心立方結構（ＦＣＣ）；他們認為７面心立方結構為殘余奧氏體，且殘余奧??氏體為馬氏體逆相變的產物。但是他們認為納米晶是由高溫引起的動態(tài)回復以及動態(tài)再??結晶導致。??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]D2高速車輪鋼在滑動磨損下的白層形成與剝落[J]. 陶貴闖,趙秀娟,潘金芝,潘睿,任瑞銘. 摩擦學學報. 2018(04)
[2]高速硬切削加工表面白層形成機理研究[J]. 陳濤,劉獻禮,李素燕,李凱,劉濤. 機械工程學報. 2015(23)
[3]鎳基粉末高溫合金切削加工表面白層形成熱-力耦合作用機理[J]. 劉戰(zhàn)強,呂紹瑜. 機械工程學報. 2014(17)
[4]CBN車刀前刀面微溝槽結構磨削及其對干切削溫度的影響[J]. 謝晉,羅敏健,吳可可,楊林豐. 機械工程學報. 2014(11)
[5]硬切削表層殘余應力特征預測研究[J]. 陳濤,李素燕,國磊,賈冬開,孫慧. 工具技術. 2012(05)
[6]軸承鋼硬切削表面殘余應力對滾動接觸界面疲勞壽命的影響[J]. 李振,張相琴,張雪萍,LIU C Richard. 上海交通大學學報. 2011(01)
[7]四種合成油微動磨損性能比較研究[J]. 王澤愛,周仲榮. 摩擦學學報. 2009(03)
[8]低碳微合金貝氏體鋼的轉變動力學研究[J]. 于蕾,關小軍,李建文. 山東冶金. 2006(06)
[9]Relations of abrasion resistance and hardness of 16Cr-3C white irons with retained austenite content[J]. Zhiping Sun, Rulin Zuo, Cong Li, Baoluo Shen, Shengji Gao, and Sijiu Huang School of Materials Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China School of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China National Key Laboratory for Nuclear Fuel and Materials. Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610041. China Sijiu Rare Earth Alloy Foundry, Shuangliu 610211, China. Journal of University of Science and Technology Beijing（English Edition）. 2004(06)
[10]應力作用下的相變[J]. 徐祖耀. 熱處理. 2004(02)
博士論文
[1]奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳層組織性能及催滲技術研究[D]. 馬飛.機械科學研究總院 2015
[2]淬硬鋼GCr15精密切削過程的建模與加工表面完整性預測[D]. 陳濤.哈爾濱理工大學 2009
碩士論文
[1]高速干硬切削己加工表面白層微觀形成機理研究[D]. 徐欣欣.大連理工大學 2016
[2]淬硬鋼硬態(tài)車削表面白層與殘余應力研究[D]. 陳立.華中科技大學 2016
[3]高速切削淬硬鋼已加工表面白層和殘余應力的預測與實驗研究[D]. 孔維森.大連理工大學 2013
[4]固態(tài)相變對馬氏體不銹鋼焊接殘余應力影響的有限元分析[D]. 楊小坡.重慶大學 2012
[5]硬態(tài)干式切削材料被加工表面白層的研究[D]. 張凌飛.大連理工大學 2004
本文編號：3417200
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