高速干硬切削己加工表面白层微观形成机理研究

发布时间：2017-11-02 04:12

  本文关键词：高速干硬切削己加工表面白层微观形成机理研究

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【摘要】：高速干硬切削技术是指结合高速切削技术和干式切削技术的优点,采用超硬刀具对淬硬钢进行精密加工的技术,具有加工效率高、表面质量好、绿色环保等优点。高速干硬切削已加工表面存在白层,白层对已加工表面的残余应力分布和机械物理性能有很大影响,决定着零件使用性能和寿命。高速干硬切削已加工表面白层领域还存在着一些重要问题亟待解决。对白层微观形成机理进行系统研究,具有重要的理论意义和实用价值。本论文以45号钢、GCr15钢、40CrNiMoA钢为研究对象,首先采用PCBN刀具高速切削三种实验材料,获得不同实验条件下的切削已加工表面。利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射分析(XRD)以及纳米硬度计等材料微观观察分析方法,观察了切削已加工表面微观组织形貌,分析了已加工表面白层组织的物相组成和元素分布情况,探究了高速切削已加工表面白层的微观形成机理。微观分析表明,白层是由马氏体、残余奥氏体和碳化物组成的,白层在形成过程中加工表面材料发生了二次淬火；白层中残余奥氏体含量高于基体中的残余奥氏体含量；白层区域存在碳元素和铬元素的偏聚现象。实验还发现,白层的硬度高于基体的硬度,白层产生了硬化,切削过程中的快热快冷和强烈的塑性变形促进了已加工表面白层的晶粒细化进而造成了白层的高硬度。通过改变切削速度、切削进给量等切削参数,揭示不同切削参数对白层形成的影响规律。白层厚度和白层中残余奥氏体含量受后刀面磨损量和切削速度影响较大。随着切削速度的增加,白层厚度和白层中残余奥氏体含量都有先减小后增大的趋势；后刀面磨损量越大,白层厚度越大,白层硬度也越大；进给量越大,白层厚度越大。最后,通过对不同工件材料的切削实验,研究不同工件材料特性对白层形成的影响规律。研究发现：切削参数相同的条件下,高碳钢得到的已加工表面白层厚度比切削低碳钢得到的白层厚度大；白层厚度随被切削材料硬度增大而增大；材料中合金元素对白层的形成也有一定的影响,切削参数相同,工件材料硬度相同条件下,合金含量高的材料已加工表面白层厚度略大于合金含量低的材料。
【关键词】：高速干硬切削 白层 形成机理 淬硬钢 厚度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题的研究背景和意义9-11
• 1.2 高速干硬切削理论及应用11-12
• 1.3 高速切削已加工表面白层的研究现状12-17
• 1.3.1 表面白层的基本特征12-13
• 1.3.2 表面白层的形成条件及影响因素13-15
• 1.3.3 高速切削已加工表面白层形成机理的研究现状15-16
• 1.3.4 高速切削已加工表面白层研究存在问题16-17
• 1.4 课题的研究目标及主要研究内容17-19
• 1.3.1 课题的研究目标17
• 1.3.2 课题的研究内容17-19
• 2 高速干硬切削已加工表面白层微观形成机理实验研究方法19-30
• 2.1 实验设备19-21
• 2.1.1 精密车削机床19
• 2.1.2 刀具的选择19-21
• 2.2 实验材料选择及其性能21-24
• 2.3 实验方案和过程24-26
• 2.4 已加工表面微观观察与分析方法26-29
• 2.4.1 白层微观金相观察试样制备26-28
• 2.4.2 切削已加工表面X射线衍射分析28
• 2.4.3 硬度测试28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 切削已加工表面白层微观结构特征和形成机理30-45
• 3.1 高速切削已加工表面白层的组织形态31-33
• 3.2 切削已加工表面的X射线衍射分析33-36
• 3.3 切削已加工表面白层及附近区域的成分分析36-39
• 3.4 切削已加工表面白层的硬度分析39-42
• 3.5 高速干硬切削已加工表面白层形成机理探讨42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 4 切削参数对切削已加工表面白层形成的影响45-65
• 4.1 切削实验条件45
• 4.2 切削速度对切削已加工表面白层形成的影响45-54
• 4.2.1 切削速度对白层厚度的影响45-49
• 4.2.2 切削速度对切削已加工表面残余奥氏体含量的影响49-54
• 4.3 进给量对切削已加工表面白层形成的影响54-57
• 4.4 后刀面磨损对切削已加工表面白层形成的影响57-63
• 4.4.1 后刀面磨损对白层厚度的影响57-60
• 4.4.2 后刀面磨损对切削已加工表面残余奥氏体含量的影响60-63
• 4.5 本章小结63-65
• 5 工件材料特性对白层形成的影响65-82
• 5.1 切削实验条件65
• 5.2 工件材料不同含碳量对切削已加工表面白层形成的影响65-68
• 5.2.1 工件材料不同含碳量对白层厚度的影响65-66
• 5.2.2 工件材料不同含碳量对切削已加工表面白层硬度的影响66-68
• 5.3 工件材料不同硬度对白层厚度的影响68-75
• 5.4 工件材料不同的合金含量对切削白层形成的影响75-81
• 5.4.1 合金元素对材料组织性能的影响75-76
• 5.4.2 合金元素对白层形成影响规律76-81
• 5.5 本章小结81-82
• 结论82-84
• 参考文献84-89
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况89-90
• 致谢90-91

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本文编号：1129918