淬硬鋼磨削白層的形成機理研究.pdf

1、淬硬鋼具有高強度和高硬度(HRC＞55)等特性,在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。由于磨削加工能獲得高的表面質(zhì)量,因此磨削仍是淬硬鋼精加工最常用方法。但淬硬鋼磨削過程中,磨削比能大部分轉(zhuǎn)化為磨削熱,造成磨削區(qū)的溫度急劇升高;同時磨粒切削刃滑擦、耕犁及切削的作用,使工件表面發(fā)生強烈的塑性變形,導(dǎo)致工件表面組織發(fā)生變化形成磨削白層。而白層具有高脆性、塑性變形嚴重以及微裂紋等特征,從而導(dǎo)致工件的疲勞強度降低,影響了產(chǎn)品的使用性能和壽命。因此,對磨削白層

2、形成機理進行系統(tǒng)地研究對提高淬硬鋼磨削表面質(zhì)量有著非常重要的意義?；诖吮菊撐膶Υ阌蹭撈矫婺ハ鲿r的磨削溫度、磨削力、磨削白層組織、砂輪切削過程中工件的塑性變形和應(yīng)力應(yīng)變等問題進行了深入系統(tǒng)地研究;揭示了磨削白層形成的機理,討論了砂輪狀態(tài)、磨削工藝參數(shù)以及材料性能等對白層的影響規(guī)律;為磨削表面質(zhì)量控制和磨削工藝參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù)。本文所作的工作主要包括:
　　 (1)針對熱電偶測溫過程中熱電偶絲的熱慣性問題,分析了熱電偶在測量溫

3、度時的動態(tài)響應(yīng)特性和影響動態(tài)誤差的因素,提出了熱電偶動態(tài)誤差的補償方法。通過實驗測量了鎳鉻—鎳硅熱電偶的時間常數(shù),比較了誤差補償后的溫度與真實溫度,結(jié)果表明動態(tài)誤差補償溫度值能真實反映磨削表面溫度。
　　 (2)研究了濕磨條件下磨削白層的特性,包括其組織結(jié)構(gòu)、顯微硬度、殘余應(yīng)力的分布。研究表明:磨削白層組織中存在超細隱晶馬氏體、少量殘余奧氏體和碳化物等組織形態(tài);白層高硬度是由于高密度位錯和高碳發(fā)生交互作用以及馬氏體的超細晶粒引起

4、強化導(dǎo)致;磨削白層表面殘余應(yīng)力在垂直和平行磨削方向上均表現(xiàn)為拉應(yīng)力,并隨磨削深度增加而增加。
　　 (3)建立了基于單顆磨粒切削淬硬鋼的有限元仿真模型。根據(jù)磨粒切削過程,分析砂輪磨粒切削力模型,通過磨削力可計算磨粒對工件已加工表面的等效應(yīng)力。根據(jù)磨粒切削的物理模型,建立了單顆磨粒切削的有限元模型,包括磨粒的幾何模型、磨粒的材料模型以及淬硬鋼材料的本構(gòu)模型。對淬硬鋼磨削過程進行了有限元三維仿真,獲得了磨削表面的等效應(yīng)力和應(yīng)變。

5、r>　　 (4)研究了磨削白層的形成機理,分析了磨削白層的形成條件。通過仿真分析了磨削表面應(yīng)力應(yīng)變,研究了工件的應(yīng)力應(yīng)變和磨削表面溫度對白層組織(白層厚度、殘余奧氏體、微觀應(yīng)變、亞晶粒尺寸)的影響規(guī)律。研究表明:磨削白層是材料相變的產(chǎn)物,磨削熱為白層的形成提供能量基礎(chǔ)。磨削白層可在低于材料名義相變溫度的條件下形成。材料的塑性變形和接觸應(yīng)力在磨削白層的形成中起到主要作用,高的接觸應(yīng)力能夠降低材料的相變溫度,促進相變的發(fā)生:塑性應(yīng)變加強了

6、碳原子在奧氏體組織中的擴散,促進馬氏體組織的轉(zhuǎn)變。強烈的塑性變形和快速冷卻對晶粒起到細化作用。
　　 (5)磨削白層的影響因素實驗研究。研究了磨削工藝參數(shù)、砂輪特性以及材料的性能如含碳量、熱處理方式等對白層厚度的影響規(guī)律。研究表明:砂輪速度、磨削深度和工件速度對磨削白層均有重要的影響,而其中磨削深度對白層厚度的影響最大。白層厚度隨工件材料的含碳量增加而增加,特別是在高的磨削深度和高的砂輪速度條件下尤為明顯,其次磨削白層厚度隨著工