硬切削GCr15轴承钢表面变质层微观组织及抗磨损性能研究
发布时间：2021-10-01 04:57
高硬金属材料广泛地应用到齿轮、轴承、叶轮叶片等重要零部件中,而干硬切削技术具有加工精度高、加工效率高并且能够实现绿色加工等优点,从而广泛地应用到高硬金属材料加工。硬切削过程产生极高的热量和严重的塑性变形,从而在已加工表面产生一层与基体微观组织不同的的变质层。硬切削表面变质层对工件抗磨损性能有极大影响,而实现变质层的准确预测是生产实践中控制硬切削工件表面质量的前提,对硬切削技术今后的发展与应用具有重要的推动作用。因此,本文以工业中广泛应用的淬硬GCr15轴承钢为研究对象,对硬切削已加工表面变质层的微观组织、形成机理与预测以及抗磨损性能进行了实验和理论上的探索。主要研究内容如下:（1）硬切削表面变质层的微观组织与形成机理研究。采用正交切削实验获得硬切削已加工表面变质层,并通过扫描电镜（Scanning Electron Microscopy,SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、电子探针（Electron Probe Micro Analysis,EPMA）、透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）与纳米压痕等...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１高硬金属材料应用领域??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈａｒｄ?ｍｅｔａｌ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??随着数控机床技术的不断提高以及刀具材料的不断更新，硬切削（Ｈａｒｄ－ｃｕｔｔｉｎｇ）作为??
?硬切削ＧＣｒｌ５轴承钢表面变质层微观组织及抗磨损性能研究???冷却液的加工方式，促进了环境保护以及可持续发展，正越来越广泛地应用到实际切削??加工中［３，?４］。干硬切削是指在不使用切削液的条件下对高硬度钢等难加工材料进行高速??切削加工的加工方法。干硬切削加工过程不使用切削液，形成的切屑干净清洁无污染，??易于回收和处理，可实现绿色加工。??与传统切削加工不同，硬切削加工的材料硬度极高，因此当刀具作用于被加工工件??时，刀具和工件发生瞬时碰撞，使后刀面与己加工表面相互挤压与摩擦，导致己加工表??面承受高温以及严重的塑性变形。并且当刀具离开己加工表面之前，大量切削热传入工??件内部。这种极端的高温、高压状态必然会引起材料内部微观组织的剧烈变化。大量的??研宄表明，干硬切削己加工表面存在与基体组织不同的变质层【５］。变质层的最表层因为??在光学显微镜下呈现白色被称为白层［６］，变质层的次表层因为在光学显微镜下呈现黑色??而被称为暗层［７］，其金相显微组织如图１．２所示。??
?硬切削ＧＣｒｌ５轴承钢表面变质层微观组织及抗磨损性能研究???拉长、碎化，最终转变为纳米晶，且摩擦磨损过程中没有达到奥氏体相变温度，因此他??们认为白层是由塑性变形导致。??（３）还有一些学者认为白层为相变与塑性变形共同作用的产物。??Ｂａｒｒｙ?和?Ｂｙｒｎｅ?［１８Ｍ吏用透射电子显微镜（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＴＥＭ）观??察硬切削淬硬ＢＳ?８１７Ｍ４０钢以及ＡＩＳＩ４３４０钢形成的白层微观组织，观察结果如图１．５??所示。结果表明，白层由细化的纳米等轴晶组成，白层相构成为ａ体心立方结构（ＢＣＣ），??沒碳化物以及卩面心立方结构（ＦＣＣ）；他们认为７面心立方结构为残余奥氏体，且残余奥??氏体为马氏体逆相变的产物。但是他们认为纳米晶是由高温引起的动态回复以及动态再??结晶导致。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落[J]. 陶贵闯,赵秀娟,潘金芝,潘睿,任瑞铭. 摩擦学学报. 2018(04)
[2]高速硬切削加工表面白层形成机理研究[J]. 陈涛,刘献礼,李素燕,李凯,刘涛. 机械工程学报. 2015(23)
[3]镍基粉末高温合金切削加工表面白层形成热-力耦合作用机理[J]. 刘战强,吕绍瑜. 机械工程学报. 2014(17)
[4]CBN车刀前刀面微沟槽结构磨削及其对干切削温度的影响[J]. 谢晋,罗敏健,吴可可,杨林丰. 机械工程学报. 2014(11)
[5]硬切削表层残余应力特征预测研究[J]. 陈涛,李素燕,国磊,贾冬开,孙慧. 工具技术. 2012(05)
[6]轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触界面疲劳寿命的影响[J]. 李振,张相琴,张雪萍,LIU C Richard. 上海交通大学学报. 2011(01)
[7]四种合成油微动磨损性能比较研究[J]. 王泽爱,周仲荣. 摩擦学学报. 2009(03)
[8]低碳微合金贝氏体钢的转变动力学研究[J]. 于蕾,关小军,李建文. 山东冶金. 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]应力作用下的相变[J]. 徐祖耀. 热处理. 2004(02)
博士论文
[1]奥氏体不锈钢低温气体渗碳层组织性能及催渗技术研究[D]. 马飞.机械科学研究总院 2015
[2]淬硬钢GCr15精密切削过程的建模与加工表面完整性预测[D]. 陈涛.哈尔滨理工大学 2009
硕士论文
[1]高速干硬切削己加工表面白层微观形成机理研究[D]. 徐欣欣.大连理工大学 2016
[2]淬硬钢硬态车削表面白层与残余应力研究[D]. 陈立.华中科技大学 2016
[3]高速切削淬硬钢已加工表面白层和残余应力的预测与实验研究[D]. 孔维森.大连理工大学 2013
[4]固态相变对马氏体不锈钢焊接残余应力影响的有限元分析[D]. 杨小坡.重庆大学 2012
[5]硬态干式切削材料被加工表面白层的研究[D]. 张凌飞.大连理工大学 2004
本文编号：3417200
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１高硬金属材料应用领域??Ｆｉｇ．?１．１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｈａｒｄ?ｍｅｔａｌ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??随着数控机床技术的不断提高以及刀具材料的不断更新，硬切削（Ｈａｒｄ－ｃｕｔｔｉｎｇ）作为??
?硬切削ＧＣｒｌ５轴承钢表面变质层微观组织及抗磨损性能研究???冷却液的加工方式，促进了环境保护以及可持续发展，正越来越广泛地应用到实际切削??加工中［３，?４］。干硬切削是指在不使用切削液的条件下对高硬度钢等难加工材料进行高速??切削加工的加工方法。干硬切削加工过程不使用切削液，形成的切屑干净清洁无污染，??易于回收和处理，可实现绿色加工。??与传统切削加工不同，硬切削加工的材料硬度极高，因此当刀具作用于被加工工件??时，刀具和工件发生瞬时碰撞，使后刀面与己加工表面相互挤压与摩擦，导致己加工表??面承受高温以及严重的塑性变形。并且当刀具离开己加工表面之前，大量切削热传入工??件内部。这种极端的高温、高压状态必然会引起材料内部微观组织的剧烈变化。大量的??研宄表明，干硬切削己加工表面存在与基体组织不同的变质层【５］。变质层的最表层因为??在光学显微镜下呈现白色被称为白层［６］，变质层的次表层因为在光学显微镜下呈现黑色??而被称为暗层［７］，其金相显微组织如图１．２所示。??
?硬切削ＧＣｒｌ５轴承钢表面变质层微观组织及抗磨损性能研究???拉长、碎化，最终转变为纳米晶，且摩擦磨损过程中没有达到奥氏体相变温度，因此他??们认为白层是由塑性变形导致。??（３）还有一些学者认为白层为相变与塑性变形共同作用的产物。??Ｂａｒｒｙ?和?Ｂｙｒｎｅ?［１８Ｍ吏用透射电子显微镜（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＴＥＭ）观??察硬切削淬硬ＢＳ?８１７Ｍ４０钢以及ＡＩＳＩ４３４０钢形成的白层微观组织，观察结果如图１．５??所示。结果表明，白层由细化的纳米等轴晶组成，白层相构成为ａ体心立方结构（ＢＣＣ），??沒碳化物以及卩面心立方结构（ＦＣＣ）；他们认为７面心立方结构为残余奥氏体，且残余奥??氏体为马氏体逆相变的产物。但是他们认为纳米晶是由高温引起的动态回复以及动态再??结晶导致。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]D2高速车轮钢在滑动磨损下的白层形成与剥落[J]. 陶贵闯,赵秀娟,潘金芝,潘睿,任瑞铭. 摩擦学学报. 2018(04)
[2]高速硬切削加工表面白层形成机理研究[J]. 陈涛,刘献礼,李素燕,李凯,刘涛. 机械工程学报. 2015(23)
[3]镍基粉末高温合金切削加工表面白层形成热-力耦合作用机理[J]. 刘战强,吕绍瑜. 机械工程学报. 2014(17)
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[5]硬切削表层残余应力特征预测研究[J]. 陈涛,李素燕,国磊,贾冬开,孙慧. 工具技术. 2012(05)
[6]轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触界面疲劳寿命的影响[J]. 李振,张相琴,张雪萍,LIU C Richard. 上海交通大学学报. 2011(01)
[7]四种合成油微动磨损性能比较研究[J]. 王泽爱,周仲荣. 摩擦学学报. 2009(03)
[8]低碳微合金贝氏体钢的转变动力学研究[J]. 于蕾,关小军,李建文. 山东冶金. 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]应力作用下的相变[J]. 徐祖耀. 热处理. 2004(02)
博士论文
[1]奥氏体不锈钢低温气体渗碳层组织性能及催渗技术研究[D]. 马飞.机械科学研究总院 2015
[2]淬硬钢GCr15精密切削过程的建模与加工表面完整性预测[D]. 陈涛.哈尔滨理工大学 2009
硕士论文
[1]高速干硬切削己加工表面白层微观形成机理研究[D]. 徐欣欣.大连理工大学 2016
[2]淬硬钢硬态车削表面白层与残余应力研究[D]. 陈立.华中科技大学 2016
[3]高速切削淬硬钢已加工表面白层和残余应力的预测与实验研究[D]. 孔维森.大连理工大学 2013
[4]固态相变对马氏体不锈钢焊接残余应力影响的有限元分析[D]. 杨小坡.重庆大学 2012
[5]硬态干式切削材料被加工表面白层的研究[D]. 张凌飞.大连理工大学 2004
本文编号：3417200
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