高速干硬切削具有加工精度好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于模具、航空航天等領(lǐng)域。但是高速干硬切削加工過程中,已加工表面易形成變質(zhì)層,即“白層”。白層是一種只有幾微米厚度的脆硬組織,容易引起剝落失效和疲勞裂紋,是決定工件表面質(zhì)量的重要因素。因此,研究已加工表面白層的形成機制與影響因素有重要意義。本文以PCBN刀具切削淬硬GCr15軸承鋼(HRC60)所形成的白層為研究對象,建立了高速干硬切削有限元動態(tài)仿真模型;分析了熱、力效應(yīng)對白層馬氏體體積分數(shù)的影響;通過元胞自動機方法,建立了表面白層元胞自動機相變演化模型。首先,建立了高速干硬切削有限元模型,基于ABAQUS有限元分析軟件動態(tài)仿真切削過程,通過將中低速切削實驗測得的切削力和切削溫度與模擬結(jié)果進行對比,從熱、力兩個方面驗證了模型的可行性,并提取高速切削溫度模擬結(jié)果與奧氏體臨界相變溫度進行對比,結(jié)合白層物相成分說明了淬硬GCr15鋼已加工表面白層是熱主導(dǎo)的相變產(chǎn)物。然后,通過霍普金森壓桿實驗得到淬硬GCr15鋼在不同溫度下的屈服強度,采用電子顯微探針實驗修正了淬硬GCr15鋼主要元素摩爾分數(shù)。根據(jù)所得淬硬GCr15鋼屈服強度與元素摩爾分數(shù),結(jié)合經(jīng)驗公式得到相變過程中自由能隨溫度變化的曲線,建立了切削熱作用下的淬硬GCr15鋼加工表面馬氏體臨界相變溫度計算模型�；谂R界相變溫度計算了切削熱作用下白層的理論馬氏體分數(shù),將理論馬氏體分數(shù)與實驗測得的白層內(nèi)馬氏體分數(shù)進行對比,結(jié)果表明馬氏體分數(shù)理論值高于實驗值。白層中馬氏體分數(shù)受切削熱、力效應(yīng)共同影響,塑性變形抑制了白層內(nèi)馬氏體相變。結(jié)合TEM實驗,分析了不同切削速度以及后刀面磨損量產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變對白層內(nèi)馬氏體相變的抑制作用。通過透射電子顯微鏡實驗得到高速干硬切削已加工表面白層TEM暗場照片,根據(jù)暗場照片測得已加工表面白層晶粒尺寸,并通過晶粒尺寸計算得到奧氏體形核數(shù)量,同時提取不同切削參數(shù)下有限元仿真得到的應(yīng)力、應(yīng)變能以及切削溫度,結(jié)合白層形成過程中的奧氏體相變與馬氏體相變特征定義了元胞自動機演化規(guī)則,建立了二維元胞自動機白層組織演化模型。模擬了已加工表面白層形成過程中的奧氏體相變與馬氏體相變,并應(yīng)用經(jīng)典馬氏體形核理論驗證了模擬結(jié)果的可靠性。通過分析模擬結(jié)果得到的馬氏體形核密度變化規(guī)律,表明減小后刀面磨損量有助于提高已加工表面白層強度。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG506
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 高速干硬切削已加工表面白層研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 存在的問題
    1.3 元胞自動機研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 存在的問題
    1.4 論文研究目標(biāo)及主要研究內(nèi)容
        1.4.1 研究目標(biāo)
        1.4.2 研究內(nèi)容
2 高速干硬切削淬硬鋼有限元模擬
    2.1 實驗
        2.1.1 霍普金森壓桿實驗
        2.1.2 霍普金森壓桿實驗結(jié)果
        2.1.3 切削力測量實驗
        2.1.4 切削力測量實驗結(jié)果
    2.2 有限元分析軟件ABAQUS簡介
    2.3 高速干硬切削有限元仿真建模
        2.3.1 高速干硬切削有限元模擬中的關(guān)鍵技術(shù)
        2.3.2 有限元模型參數(shù)
    2.4 有限元模擬結(jié)果驗證與分析
        2.4.1 有限元模擬結(jié)果驗證
        2.4.2 有限元模擬結(jié)果分析
    2.5 本章小結(jié)
3 熱-力耦合影響下白層馬氏體相變研究
    3.1 實驗過程
        3.1.1 切削實驗
        3.1.2 電子探針實驗
        3.1.3 TEM實驗
    3.2 實驗結(jié)果
        3.2.1 電子探針實驗結(jié)果
        3.2.2 TEM實驗結(jié)果
    3.3 白層馬氏體相變建模與分析
        3.3.1 切削熱作用下M_S值的推導(dǎo)
        3.3.2 熱-力效應(yīng)對白層馬氏體體積分數(shù)的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 白層演變過程元胞自動機模擬
    4.1 元胞自動機簡介
        4.1.1 元胞自動機構(gòu)成
        4.1.2 元胞自動機特征
        4.1.3 元胞自動機的分類
    4.2 元胞自動機演化模型
        4.2.1 奧氏體相變原理與演化規(guī)則
        4.2.2 馬氏體相變原理與演化規(guī)則
    4.3 晶粒尺寸的測量
    4.4 元胞自動機模擬結(jié)果分析
        4.4.1 元胞長大形態(tài)學(xué)分析
        4.4.2 元胞模擬結(jié)果的驗證
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳濤;劉獻禮;李素燕;李凱;劉濤;;高速硬切削加工表面白層形成機理研究[J];機械工程學(xué)報;2015年23期

2 段春爭;張方圓;孔維森;;干硬切削表面白層厚度的建模與預(yù)測[J];機械工程學(xué)報;2015年17期

3 劉戰(zhàn)強;呂紹瑜;;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];機械工程學(xué)報;2014年17期

4 王琴;方綠頻;;動態(tài)再結(jié)晶過程的定量化可視化元胞自動機模擬[J];機械工程學(xué)報;2011年22期

5 崔振山;陳文;陳飛;張效迅;;大鍛件控性鍛造過程的計算機模擬技術(shù)[J];機械工程學(xué)報;2010年11期

6 黃向明;周志雄;楊軍;戴苗;;塑性變形在淬硬鋼磨削白層形成中的作用機理[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年01期

7 郭娟;王艷敏;李衛(wèi);吳迪;趙憲明;;靜態(tài)再結(jié)晶過程的元胞自動機模擬(Ⅰ)——微觀組織演化和動力學(xué)研究[J];大型鑄鍛件;2009年01期

8 盧瑜;張立文;鄧小虎;裴繼斌;王賽;張國梁;;純銅動態(tài)再結(jié)晶過程的元胞自動機模擬[J];金屬學(xué)報;2008年03期

9 唐志濤;劉戰(zhàn)強;艾興;付秀麗;;金屬切削加工熱彈塑性大變形有限元理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[J];中國機械工程;2007年06期

10 趙振業(yè),李春志,李志,劉天琦,馬新聞,孫繼光;一種超高強度不銹鋼超細化組織TEM研究[J];航空材料學(xué)報;2005年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 李志強;GCr15軸承鋼加熱過程中組織演變規(guī)律的實驗和模擬[D];北京科技大學(xué);2017年

2 王蕾;熱軋帶鋼的相變和力學(xué)性能模型研究及應(yīng)用[D];北京科技大學(xué);2017年

3 陳飛;熱鍛非連續(xù)變形過程微觀組織演變的元胞自動機模擬[D];上海交通大學(xué);2012年

4 陳濤;淬硬鋼GCr15精密切削過程的建模與加工表面完整性預(yù)測[D];哈爾濱理工大學(xué);2009年

5 支穎;板帶鋼熱軋過程宏觀行為與介觀組織的綜合模擬[D];東北大學(xué);2008年

6 韓寶軍;奧氏體動態(tài)再結(jié)晶晶粒超細化及其馬氏體相變研究[D];上海交通大學(xué);2008年

7 付秀麗;高速切削航空鋁合金變形理論及加工表面形成特征研究[D];山東大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 徐欣欣;高速干硬切削己加工表面白層微觀形成機理研究[D];大連理工大學(xué);2016年

2 秦泗偉;高速干硬切削表面變質(zhì)層動態(tài)再結(jié)晶的有限元—元胞自動機耦合模擬與預(yù)測[D];大連理工大學(xué);2016年

3 孔維森;高速切削淬硬鋼已加工表面白層和殘余應(yīng)力的預(yù)測與實驗研究[D];大連理工大學(xué);2013年

4 柳文波;0Cr13Ni5Mo馬氏體鋼晶粒細化的研究[D];清華大學(xué);2009年

5 張凌飛;硬態(tài)干式切削材料被加工表面白層的研究[D];大連理工大學(xué);2004年

6 付萍;鋼的馬氏體相變形核與板條晶寬納米化研究[D];西安理工大學(xué);2002年

本文編號：2845072