超声表面滚压工艺参数对45钢摩擦磨损性能的影响研究

发布时间：2020-04-25 09:27

【摘要】：超声表面滚压(Ultrasonic Surface Rolling Extrusion,USRE)是一种基于弹塑性变形的新型表面强化方法,它利用超声频机械振动和静载滚压的耦合作用对加工表面处理,实现对金属材料表面质量的改善,提高材料的耐磨性能。USRE具有主轴转速、横向进给量、静压力、输出振幅、加工次数、振动频率等众多工艺参数,在不同工艺参数下对材料加工,对其表面质量的改善必然不尽相同,从而会影响到材料性能。本文使用豪克能HK30C型系列的超声滚压设备和普通卧式车床对调质态45钢加工处理,通过金相制样设备、金相显微镜、表面粗糙度测定仪、显微硬度测试仪和X射线粉末衍射仪对USRE试样进行了表面特性的分析。使用MMG-10型高温摩擦磨损试验机对不同静压力、输出振幅和加工次数的USRE试样进行了磨损试验,通过光学读数分析天平、相关软件及扫描电子显微镜对USRE试样磨损后的重量磨损量、摩擦因数和表面微观形貌进行了对比分析,评定了材料的耐磨性,研究得出了USRE工艺参数对调质态45钢的耐磨性能的影响。本文的主要研究结果如下:(1)其它工艺参数一定,横向进给量越小,则材料表面粗糙度越小,表面硬度越大,表层残余压应力越大。当其它工艺参数一定时,主轴转速与横向进给量具有相似性,不过对材料表面硬度的影响不明显。所以,在实际加工确保机床工作精度及加工效率的前提下,尽可能的选择较低的主轴转速和横向进给量。(2)其它工艺参数一定,静压力为300N时,材料磨损量和摩擦因数最低,晶粒细化程度最高、材料耐磨性能呈现最好。静压力过小,改善材料耐磨性能的作用是甚微的。静压力过大,会降低表面特性,使材料微观组织变得宽大,从而降低材料的耐磨性。因此,在实际加工中尽可能使静压力保持在300N左右。(3)其它工艺参数一定,输出振幅为8μm时,材料磨损量和摩擦因数最低,晶粒细化程度最高、材料耐磨性能呈现最好。输出振幅对材料表面粗糙度和表面硬度的影响呈线性关系,而对残余应力的影响却不明显。因此,在实际加工中尽可能使输出振幅为8μm。(4)加工次数与输出振幅对材料耐磨性的影响是相似的。加工6次的材料,其磨损量和摩擦因数、晶粒细化程度最高,耐磨性能呈现最好。因此,在实际加工中尽可能加工6次,在提高工作效率时,可以适当降低加工次数,但最好不要少于3次。
【图文】：

两者结合为后文进一步的研究奠定了工作原理工业中可以大幅度提高产品的性能，质量和寿命化是通过滚压或喷丸使材料表面产生巨大的弹塑0.5～1.5mm 的硬化层，从而提高金属材料表面硬度响主要体现为两种：一种是微观组织上，可使晶持续，晶粒位错密度不断增强，晶粒细化不断加为例，材料表面受到机械加工的切向力，使其表加，，在材料表层不同深度下发生的形变不同，从压应力的存在可以防止疲劳裂纹的萌发和扩展，而减少了受力表面的工作载荷。此外，表面形变，以及消除切削加工刀痕。

第二章 超声表面滚压加工原理及装置具头沿工件表面法线方向运动，从而将静压力和超声冲击振动作用到旋转的表面，工作能量有机械能转化为材料的内能，从而使材料表面发生剧烈的弹。当加工载荷卸载后，由于金属材料固有的弹性恢复能力，在与塑性变形耦塑性流动使得表面“波峰”被压平，“波谷”被填充，显著改善表面形貌，大幅度面粗糙度 Ra 甚至达到纳米水平，其加工效果可如图 2-2所示。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG663

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本文编号：2640082