超声波光整强化工件表层组织结构及性能改进

发布时间：2017-07-18 09:06

  本文关键词：超声波光整强化工件表层组织结构及性能改进

  更多相关文章： 超声波光整强化加工 纯铁 微观结构 Cr粉 Ni粉

【摘要】：为改善材料的表面性能,人们提出了一系列的表面处理方式,如喷丸、滚压等。与这些传统的表面处理方式相比,超声波光整强化技术是一种低成本、处理方便、效率高的处理方法。目前该技术仍处于发展推广阶段,在工程实际应用与基础理论强化方面的研究不足,在工件表面性能提高方面具有巨大潜力。工业纯铁具有良好的导磁、导热性,但硬度、耐磨性和耐腐性差,限制了纯铁的应用,为提高纯铁的表面性能,拓展纯铁在工程中的应用范围,以纯铁为研究对象,借助超景深显微镜观察了工件加工前后表面微观结构及三维形貌,证明了超声波光整加工“削峰填谷”作用,工件表层形成塑性流变层,表层晶粒被拉伸,表层粗晶粒得到细化,光整处理提高了工件在油润滑条件下的耐磨性及干摩擦条件下的抗磨损性能。超声波光整加工后工件表层形成纳米晶粒细化层,工件表层晶界、空位等非平衡缺陷的数量剧增,高密度晶界可作为原子扩散的通道,适于低温扩散研究,为进一步提高纯铁的耐磨性等表面性能,使元素更易渗透,本文提出采用纳米颗粒Cr粉对纯铁进行元素渗透研究,设计了一种圆盘工件浸入液体内部的超声光整元素渗透加工工艺,将工件固定在试样座上,倒入Cr粉无水乙醇悬浮液进行光整加工,具有易扩散,无需加热,处理方便,节能的特点,借助超景深显微镜对添加Cr悬浮液加工前后工件的三维形貌及微观结构进行观察,添加Cr粉悬浮液加工工件表面三维形貌起伏波动小,表层流变层厚度小,晶粒细化更均匀,提高了工件表层的最大残余压应力值。为了进一步对纯铁超声波光整加工元素扩散进行研究,结合原子扩散理论,提出超声光整加工过程中不添加冷却液,加工头以超声频冲击工件表面,能量逐步累积,其中大部分能量以热能传递,增大了工件表面温度,适于扩散研究,选用纳米Ni、Cr混合粉体为元素扩散源,以Cr、Ni粉形成对照,XRD图谱发现Ni的衍射峰,证明纯铁经超声波光整强化加工可实现元素扩散,借助摩擦磨损试验机分析添加Cr、Ni对工件的耐磨性的影响,添加Cr、Ni粉体后工件抗磨损性能提高,在中、高载荷下,摩擦系数小于未添加Cr、Ni粉体加工工件的摩擦系数,耐磨性能明显提高。
【关键词】：超声波光整强化加工 纯铁 微观结构 Cr粉 Ni粉
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG663
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题的背景和意义10-11
• 1.2 超声波光整强化技术国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 超声波光整强化工件微观组织研究13
• 1.4 金属材料原子的扩散原理13-18
• 1.4.1 原子扩散定律15-16
• 1.4.2 原子在金属中的扩散16
• 1.4.3 原子扩散机制16-18
• 1.4.4 影响扩散的主要因素18
• 1.5 本课题研究内容及论文结构18-22
• 第二章 超声波光整强化工件表层组织变形机理22-28
• 2.1 超声波光整的技术特点22-23
• 2.2 超声波光整的加工原理23-25
• 2.2.1 超声波光整加工设备23-24
• 2.2.2 超声波光整加工原理24-25
• 2.3 超声波光整加工微观组织结构形成机理25-26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 超声波光整加工表层结构特征与性能研究28-44
• 3.1 工业纯铁光整加工表面粗糙度实验研究28-34
• 3.1.1 超声波光整实验参数28-31
• 3.1.2 表面粗糙度实验31-32
• 3.1.3 不同组合参数对表面粗糙度影响分析32-34
• 3.2 表面微观组织结构特征研究34-39
• 3.2.1 表面微观形貌34-36
• 3.2.2 表层微观特征36-39
• 3.3 超声光整加工表面耐磨性能分析39-42
• 3.3.1 耐磨性实验39-40
• 3.3.2 不同工况下工件的耐磨性能40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 纳米铬粉对纯铁零件表层超声强化组织及性能影响44-60
• 4.1 实验材料与方案44-45
• 4.1.1 添加材料的确定44
• 4.1.2 实验方法44-45
• 4.2 工件表面微观组织检测45-50
• 4.2.1 工件表面粗糙度分析45-47
• 4.2.2 三维形貌特征47-48
• 4.2.3 微观结构观察48-50
• 4.3 工件表层成分及性能检测50-57
• 4.3.1 EDS分析50
• 4.3.2 XRD分析50-51
• 4.3.3 腐蚀性分析51-54
• 4.3.4 残余应力分析54-57
• 4.4 本章小结57-60
• 第五章 纳米铬镍粉对纯铁零件表层超声强化组织及性能影响60-68
• 5.1 实验材料与方案60-61
• 5.2 工件表层成分及性能检测61-66
• 5.2.1 EDS分析61-62
• 5.2.2 XRD分析62-63
• 5.2.3 耐磨性分析63-66
• 5.2.4 腐蚀性分析66
• 5.3 本章小结66-68
• 第六章 结论与展望68-72
• 6.1 结论总结68-70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-78
• 附录78

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本文编号：556944