【摘 要】
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45钢因其具有特定的塑性和韧性,强度高、易切削。常用于轴类、螺栓、联轴器、中等精度的塑料模具钢等零部件。而在实际的应用当中,往往受到材料表面形状和工作环境的影响,从而加剧了材料的表面磨损和锈蚀等失效形式。扫描电子束斜面抛光可有效的降低其表面失效。根据扫描电子束斜面抛光热流密度的分布特点,基于热传导微分方程和椭圆状的高斯热源模型。建立了扫描电子束斜面抛光温度场的物理数学模型,模拟扫描电子束对不同角度
【基金项目】
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基于扫描电子束的新型抛光技术机理和数学建模研究,国家自然科学基金项目（编号:51665009）； 模具钢新型扫描电子束热抛光技术与表面特性研究,广西区自然科学基金项目（编号:2017GXNSFDA198007）；
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45钢因其具有特定的塑性和韧性,强度高、易切削。常用于轴类、螺栓、联轴器、中等精度的塑料模具钢等零部件。而在实际的应用当中,往往受到材料表面形状和工作环境的影响,从而加剧了材料的表面磨损和锈蚀等失效形式。扫描电子束斜面抛光可有效的降低其表面失效。根据扫描电子束斜面抛光热流密度的分布特点,基于热传导微分方程和椭圆状的高斯热源模型。建立了扫描电子束斜面抛光温度场的物理数学模型,模拟扫描电子束对不同角度斜面抛光的热作用过程,得到不同角度斜面温度场的分布特征,探究其温度场的分布规律。确定其合理的参数值对45钢不同斜面进行扫描电子束抛光处理实验的研究,制得电子束抛光后的改性层。测试了改性层的表面粗糙度、耐磨性、显微硬度等性能,利用扫描电子显微镜,分析和研究了扫描电子束对不同角度的斜面抛光处理前后,改性层的微观组织结构变化,并探讨了电子束的束流、扫描速度等工艺参数对不同角度斜面45钢的表面粗糙度、抛光后的改性层、硬化层显微组织和耐磨性的影响规律。研究结果表明:电子束抛光的热作用过程是快速加热和快速冷却;在电子束抛光热作用区域,表面温度场处于动态平衡,且热作用区域的温度梯度比较大,其值可达820K/mm。电子束束流小于8m A时,对应不同倾斜角度为0°～15°范围的斜面,随着电子束束流的增加,表面粗糙度逐渐降低,当试样为平面、束流为8m A时,改性后的表面粗糙度比原始表面粗糙度降低了51.4%。当试样为倾斜角15°的斜面、束流为8m A时,表面粗糙度比不经电子束改性处理表面粗糙度降低了70.1%;改性层的微观组织结构为针状马氏体和板条马氏体混合相的组织;当试样为平面时,硬度值最高为846.7Hv约为基体的2.73倍,当试样的倾斜角15°时,硬度值最高为747.6Hv,约为基体的2.4倍;当扫描速度为2.5mm/s时,随着斜面倾斜角度的增加,改性后的材料表面粗糙度较原始表面粗糙增加且增幅较为减慢;当扫描速度为3mm/s～3.5mm/s时,随着扫描速度和倾斜角度的增加,处理后的试样材料表面较原始表面粗糙降低;改性后组织由粗大的针状马氏体和板条马氏体混合相转化为隐针状马氏体和残余奥氏体的混合相;随着倾斜角在0°～15°范围内变化磨损量逐渐增加,磨损量的大小取决于改性层的显微组织和显微硬度。扫描电子束斜面抛光对于0°～15°的斜面可以降低材料的表面粗糙度,耐磨性和显微硬度也得到了显著提高。扫描电子束对不同角度的斜面抛光。可以降低不同斜面45钢表面粗糙度、提高表面硬度和增强耐磨性,该方法对开发一种新的斜面抛光和改性提供了很好的理论依据。
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