强化研磨喷射角度对GCr15轴承钢力学性能的影响及其加工过程塑性变形机理研究

发布时间：2020-08-12 04:02

【摘要】：随着当代科技的迅速发展,轴承在现代制造业中占据的地位越来越重要,广泛运用于工业设备、航天航空、轨道交通领域等领域,反映着国家工业和相关产业的科技实力。轴承在加工过程中存在形位公差控制难度大和加工死角等问题,这些问题导致加工后GCr15轴承钢板表面的硬度等不均匀,从而导致GCr15轴承钢不同位置的力学性能及其产生的塑性变形不一致,为了解决这些问题提出了强化研磨加工工艺。本文采用强化研磨加工工艺,改变强化研磨的喷射角度,结合经典塑性理论与有限元仿真探索强化研磨加工角度对塑性变形的影响;金属材料的力学性能主要表征有强度、硬度、塑性、断裂等。通过拉伸试验、显微硬度测试、断口形貌表征不同喷射角度的力学性能;借助SEM、OM、XRD等测试手段对不同喷射角强化研磨的试样进行微观形貌观察分析、位错密度分析,进而分析不同喷射角度的塑性变形条件下的强化机制。主要的研究内容和结论如下:(1)通过ABAQUS仿真软件探索不同喷射角度强化研磨加工过程的塑性变形,找出不同喷射角度与等效塑性应变沿真实路径距离的关系,发现喷射角为90°的等效塑性应变层深度比30°多2.88倍;分析GCr15轴承钢板内能、弹性应变能、塑性变形能与喷射角度之间的关系,发现随着喷射角度的增加,钢板塑性变形能也随之增加,并且最高可以增加近2.5倍。(2)对不同喷射角度强化研磨后的GCr15轴承钢试样进行拉伸试验,得出不同喷射角度强化研磨加工的应力-应变曲线图,发现随喷射角度的增加,抗拉强度增加了近9%,而伸长率的数值缩减了2.0%,断口收缩率的数值降低了2.7%;通过SEM观察不同喷射角度强化研磨下GCr15轴承钢试样的微观断口形貌,发现随着喷射角的增加,韧窝和撕裂棱减少。故得出随着喷射角的增加,塑性降低,硬度、抗拉强度有所提高。(3)利用显微硬度仪,测量不同喷射角度强化研磨加工的GCr15轴承钢板维氏硬度,得出HV沿距表层距离的曲线图,分析得出随喷射角的递增,最大HV值由710HV增加到了797.2HV,增加了近12%。(4)利用金相显微镜观察在加工截面附近的马氏体的分布情况,并根据马氏体的聚散程度划分强化层厚度,得出不同喷射角度强化研磨加工后的强化层厚度曲线,随喷射角30°至90°,强化层由38μm增加到了82μm。(5)结合X射线衍射法和定量金相测定方法对不同喷射角度强化研磨加工后GCr15轴承钢试样进行分析,分别算出马氏体、奥氏体、碳化物的体积分数,发现随着加工角度的增加,马氏体的体积分数由73.93%增加至78.96%,最大值比空白组增加了6.80%。利用JADE软件分析后得出,Fe和Fe-Cr峰高分别降低了31.4%、58%;Fe和Fe-Cr衍射峰最大宽化量比空白组分别多了0.87倍、0.86倍。结合Bragg方程,描述不同喷射角度强化研磨工艺与晶粒细化的关系。通过W-H方法,得出喷射角度为90°的位错密度分别比30°的多了约3倍,因此随喷射角度增大,GCr15轴承钢发生形变强化更加明显。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.3;TG306
【图文】：

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【参考文献】