预应力加载条件下零件干磨削表面强化层特征

采用预应力复合干磨削加工技术,对未调质45#钢试件在不同预应力加载条件下实施表面磨削淬硬,观测不同磨削深度和进给速度条件下的试件表层金相组织,测量并分析试件在不同预应力条件下磨削淬硬层厚度、金相组织的变化状况,并通过试件截面不同位置硬度测定显示淬硬层厚度及金相成分的变化,得到试件施加预应力对淬硬强化层厚度的影响规律.研究表明,预应力淬硬磨削能使工件表面产生强化层,且大的磨削深度和小的进给速度有利于试件表面发生相变强化以及表层塑性变形的增大.     

预应力淬硬磨削复合加工表层硬化试验研究

融合了预应力磨削与磨削淬硬技术原理,提出一种预应力淬硬磨削技术方法.以工件淬硬层组织形貌、分布特征、厚度、硬度等为研究对象,开展预应力淬硬磨削复合加工试验研究,并与单纯磨削淬硬试验结果对比分析.结果表明,相同加工条件下,预应力淬硬磨削加工表面在宏观上具有与磨削淬硬加工表面相同的金相组织形貌与分布,组织为亚温淬火组织.与磨削淬硬工艺相比,预应力淬硬磨削工艺对磨削热具有更强的抑制作用;预应力淬硬磨削试件的淬硬层硬度、厚度略小于磨削淬硬试件,但表面硬度可以达到常规完全淬火硬度;该研究工作可为开发预应力淬硬磨削工艺及工件表面质量控制技术提供理论与实验基础.     

预应力淬硬磨削加工表面微观形貌仿真与实验

为了揭示预应力对磨削淬硬过程及表面微观形貌的影响机理,根据热弹塑性有限元理论,在不同大小的预应力作用下,以45钢试件为研究对象,使用DEFORM-3D进行单磨粒切削仿真,并结合预应力淬硬磨削实验,对等效应变、沟槽深度、表层微观组织及表面微观形貌进行分析.研究表明:施加预应力对热-机械等效应变影响较小,对微观组织转变影响明显,进而影响位错密度和晶粒体积,间接影响表面粗糙度;在预应力取值较小时,随着预应力增大表面沟槽深度减小,有利于减小表面粗糙度值,但在预应力超过某一数值后,会引起表面褶皱,反而使表面粗糙度数值增大.     

基于预应力加载的淬硬表面强化层厚度预测

为评估预应力磨削加工中,预应力参量对工件表面磨削强化层厚度的影响,对未调质45钢试件施加0~100 MPa不同预应力并进行表面磨削淬硬.在有限元软件ANSYS中用热-力顺序加载的办法模拟磨削加工淬硬过程,分析热相变和加工硬化对加工硬化层厚度的影响,探讨距切入点不同位置的加工硬化层厚度分布.硬化层厚度仿真结果与试验数据相符,误差小于6%.同时,加载预应力导致磨削表面强化层厚度出现小幅减薄(10%)的结果,证实加载预应力加剧材料组织重分布,抑制了淬火碳化物的弥散,但可能并非是利于硬化层厚度增加的因素.     

预应力淬硬磨削复合加工表面粗糙度试验

以预应力淬硬磨削条件下试件表面粗糙度变化规律为研究对象,通过对45钢试件进行预应力淬硬磨削试验并进行表面粗糙度测量,分析了预应力淬硬磨削工艺参数(预应力、磨削深度、进给速度等)对试件表面粗糙度的影响机制.结果表明,粗糙度在试件表面分布并不均匀,其数值基本上都是从切入区到切出区逐渐增大的;适当增加预拉应力数值可以降低工件表面粗糙度,有效抑制试件表面微观裂纹的扩展,降低磨削温度,改善试件表面质量;预应力淬硬磨削中磨削深度和进给速度对表面粗糙度的影响与普通磨削一致,即随着磨削深度和进给速度增加表面粗糙度数值逐渐增大.     

预应力时效性对磨削强化表面应力的影响

为了获得不同预应力卸载时间的磨削硬化层残余应力值及马氏体含量,进行了预应力淬硬磨削实验.对预应力磨削进行仿真,得到了工件表层的温度变化情况及预应力卸载时间对表面机械热应力的影响.结合实验数据和仿真模拟,讨论了预应力时效性对相变和相变应力的影响.结果表明:在7s内,预应力具有一定的时效性;随着卸载时间的增加,晶体内部晶界伸长,马氏体含量有所增加,加工表面残余压应力增加.     

铣削和磨削淬硬钢SKD11的表面完整性比较

对磨削、铣削加工得到的淬硬钢SKD11表面完整性进行了研究.通过对比干磨削和干铣削加工工件表面层的金相组织.发现干铣削时,铣刀后刀面磨损引起的铣削温度升高对工件表面完整性有很大的影响.随着加工温度升高,工件表面逐渐产生回火马氏体,这是造成工件表面硬度下降的主要原因.进一步的试验表明,如果选用合适的刀具和加工参数,可以得到较好的表面完整性;如果采用较小铣刀的磨钝标准可以避免出现回火马氏体.对淬硬钢进行精加工时,以铣代磨是完全可行的.     

小切深条件下磨削表面完整性变化机理

磨削表面强化后的残余应力及表面层硬度的改变是评价零件加工表面完整性的重要指标,并对零件的疲劳强度、耐磨损性能等影响显著.针对工程中更为多见的小切深磨削工艺过程,基于45钢试件磨削加工试验,以磨削变质层的金相组织、厚度、表面硬度和残余应力为研究对象,重点讨论了小切深条件下磨削表面变质层组织特征与形成机理.结果表明:在小切深干磨削条件下,工件表层存在残余拉应力,应力值随磨削深度的增加或工件速度的增加而减小;工件表面变质层厚度随磨削深度的增加或工件速度的减小而增大.试验结果说明,在小切深干磨削条件下,合理确定磨削用量及砂轮特性参数等,可使工件表层产生强化作用.     

塑性变形在淬硬钢磨削白层形成中的作用机理

对淬硬轴承钢GCr15进行了磨削实验,采用热电偶和三向压电晶体测力仪测量了磨削温度和磨削力.通过X射线衍射仪对磨削表面残余奥氏体含量、马氏体亚晶粒尺寸以及微观应变进行了分析.通过有限元分析软件仿真计算了工件表面的接触应力和应变,讨论了塑性变形在磨削白层形成中的作用.结果表明:法向磨削力引起材料的强烈塑性变形和高接触应力;工件表面高的接触应力能降低材料相变温度,促进相变的发生;强烈的塑性变形能细化晶粒作用;磨削白层的厚度随着塑性变形的增加而增加,而其亚晶粒大小随塑性变形的增加而减小.     

磨削淬硬加工区域温度的数值模拟

磨削淬硬是利用磨削加工中产生的热——机械复合作用直接对零件表面进行热处理，使工件表面层发生马氏体相变，达到与表面热处理一样性能的一种新技术．本文利用伽辽金方法建立了磨削淬硬加工温度场的有限元模型，并采用三角形热源模型基于ANSYS有限元分析软件对其温度场进行了数值计算．基于温度场数值计算与模拟结果对磨削淬硬加工淬硬层厚度进行了预测，并与实验结果进行了对比，验证了仿真结果的合理性．     

非调质钢磨削淬硬表面强化试验

与淬回火调质钢相比,空冷非调质钢不但能减低成本,而且可避免热处理所引起的零件变形.磨削强化处理技术是利用磨削热替代高、中频感应淬火热源对钢件表层进行强化处理,将磨削加工与表面强化合为一体.针对非调质钢进行磨削强化研究,通过变切深和变进给磨削强化试验,研究强化层深度的变化规律,对试件的金相组织进行分析.研究结果表明非调质钢磨削强化是可行性的,研究结论为进一步研究非调质钢磨削强化工艺打下了基础.     

不锈钢材料预应力磨削表面耐蚀性能数值模拟

为探究预应力磨削后表面腐蚀演变机理及磨削参数对不锈钢耐蚀性的影响,以304不锈钢为研究对象,建立了考虑预应力磨削表面形貌特征的不锈钢耐蚀性能数值模型.首先,推导了粗糙表面腐蚀场演变的相场方程.其次,建立了预应力磨削后工件表面形貌模型.最后,搭建了具有非高斯分布磨粒特征的自相关砂轮表面地貌模型,应用所建模型探究了不锈钢材...     

基于40Cr高温动态力学性能的磨削表面动态再结晶行为

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)实验得到了40Cr合金钢在高温高应变率下真应力-真应变曲线,据此确定了材料发生动态再结晶的临界条件.采用解析法和实验法分别求解了磨削强化层的温度场和塑性应变场分布.结果表明,磨削强化层在磨削深度方向具有较大的温度和塑性应变梯度;150μm强化层内会发生奥氏体转变;磨削表面最高温度可达1060℃.在磨削亚表面60μm内会产生剧烈的塑性变形,达到了再结晶的临界条件.较大的磨削深度使磨削强化层塑性应变增大,再结晶现象越充分,微观组织细化程度越高.     

磨削液参数对磨削强化表面微结构损伤的影响

针对磨削强化过程中磨削液对磨削力和磨削温度场的影响,建立非调质45钢的磨削强化过程的仿真模型,分析不同磨削液参数对工件表面温度场及加工后残余应力的影响.最后,选择不同磨削液参数对45钢工件进行平面磨削强化试验,研究加工后工件表面硬度值及其表面完整性参数.试验结果表明,工件表面微结构损伤与磨削深度有密切的联系,在磨削过程中加入一定量的磨削液能有效降低表面微结构损伤,但削弱了在工件表面上由磨削热产生的强化能力.