合金钢高速切削表面白层特性研究

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在高速切削过程中,由于刀具振动,刀具和工件的剧烈摩擦对工件表面会造成很大的影响,使工件表面粗糙度变大,也会使已加工表面微观组织出现不同于基体的组织形态,该组织的变化会影响加工表面的耐磨性可能导致加工表面大块脱落变成疲劳源,从而影响工件的强度、刚度、耐磨性、抗腐蚀能力、疲劳寿命等性能。因此研究加工表面具有指导实践的意义。本文采用单因素法,改变切削用量,对45钢、GCr15轴承钢和40CrNiMoA结构钢棒材进行高速车削试验,测量切削温度。对已加工工件表面进行粗糙度测量。制作金相试样,观察表层微观组织。本文的主要结论如下:(1)对45钢、GCr15轴承钢和40CrNiMoA轴承钢切削温度分析:对切削温度影响最大的是切削速度,其次是进给量最后是背吃刀量。(2)在单一变量切削参数影响下,45钢、40CrNiMoA结构钢和GCr15轴承钢的表面粗糙度都是先增大后减小的变化趋势。在三种材料中45钢的表面粗糙度最大,这是因为45钢的硬度比其他两种材料的硬度小,受力变化较其他两种材料明显。对于切削参数来说,进给量对表面粗糙度的影响最大。(3)对45钢、40CrNiMoA和GCr15分析得知:在切削参数中,对白层厚度影响参数中,切削速度的影响是最大的,其次是进给量最后是背吃刀量。另外,对于白层来说切削参数对其的影响规律大致相同,都是先显著增大,然后增长趋势变缓,因此可以选择不同的切削用量参数来达到控制白层厚度,提高已加工工件表面质量的目的。(4)在切削表面温度过高时,碳元素会发生偏聚,而且在切削表面粒子相互转化过程中碳会以碳化物析出,因而碳的含量对白层的形成作用最大,含量高产生的白层组织就多。当两种材料的含碳量接近时,合金元素就会起到很大影响,一般情况下,合金元素种类越多,含量越大,尤其是硬度较高的合金,材料的综合性能越好。(5)以40CrNiMoA为例,建立了白层计算模型,对白层厚度影响最大的是切削速度,材料的固有属性(如屈服强度、比热、导热率等)对白层厚度也有一定的影响。
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