强化研磨处理的GCr15轴承钢抗冲击性研究

来源 :广州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wojiushixinyonghu
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GCr15轴承钢是制造滚动轴承的主要材料之一,滚动轴承在正常工作时反复承受冲击载荷导致其使用寿命降低,随着高铁、精密机床和航空航天技术的快速发展,对高性能滚动轴承提出了越来越高的要求。针对GCr15轴承钢在使用过程中存在的抗冲击性差等问题,研究其在冲击载荷下的抗冲击性是十分必要的,能进一步提升我国高端装备制造业的发展水平。本文对GCr15轴承钢进行不同强化研磨加工参数的正交试验,然后对试样进行高应变率下的冲击试验,进而分析其抗冲击性的变化规律。主要结论如下:(1)经过强化研磨加工后的GCr15轴承钢表层形成了硬度比基体高的强化层,沿表面往心部方向的硬度逐渐减小,最终趋于稳定;试验组在距表面10μm处,与空白组相比,其硬度分别提高了12.51%、12.91%、17.24%、17.64%、13.31%、16.17%、17.65%、17.87%、16.63%、18.11%、20.25%、18.94%、16.36%、16.87%、18.65%、17.34%;其中第11组提升最大,达到940.21HV。并且强化研磨后试样表面产生了表面类织构,导致其表面粗糙度逐渐增大,其中加工时间和喷射压力对其影响较大,而钢珠直径和喷射角度对其影响较小。随着试样的塑性变形加剧,强化层厚度逐渐增大,且其强化效果由表及里递减;直到厚度达到110μm时,趋于稳定,到第11组时已达到最大值120μm,其中距表面约30μm的区域强化效果最为显著。(2)经过强化研磨加工后的GCr15轴承钢表面发生强塑性变形而产生强化层,形成大量不规则的表面类织构,且凹坑越多,代表产生的塑性变形程度越大;微观组织由大量位错聚集和细化的晶粒组成,晶粒间相互切割和缠绕,形成大量不规则分布的位错,其抗冲击性显著提高;试验组位错密度由2.12×1014m-2(第1组)增大至4.84×1015m-2(第7组),晶粒尺寸也由30μm(第1组)细化至4.65μm(第7组),则可得第7组的抗冲击性最好。(3)经过强化研磨加工后的实验组试样与空白组相比,其动态屈服强度和极限强度均显著提高,但前者不如后者的变化大,使得两者间的差值越来越大;且随着应变速率的增加,真实应力-应变曲线的斜率呈下降趋势,第7组提升最大,分别为2550MPa和3692MPa,提高了51.78%、34.01%;且第7组所在真实应力-应变曲线包围的面积最大,其两个强度间的差值最大,反映出材料能吸收的能量最多,总的吸收能量和单位体积吸收能量分别为14.41J、8.79×108J,提高了102.5%、194.9%,其抗冲击性最好。(4)由极差和方差分析可知,强化研磨加工中的喷射压力P和喷射时间T对GCr15轴承钢试样的冲击韧性影响显著,喷射角度α较为显著,而钢珠直径D并不显著,各个参数的敏感性主次顺序为:喷射时间T>喷射压力P>喷射角度α>钢珠直径D。(5)未经强化研磨加工或效果不明显时,冲击试样沿45°方向冲击断裂成几块;而随着强化研磨后其抗冲击性不断增大,试样会冲击成碎片、碎沫等;当喷射时间和喷射压力适当增大时,可得更高的位错密度和更细的晶粒,其抗冲击性就更好。(6)综合分析可知,最优的强化研磨加工参数为喷射时间10min、喷射压力0.5MPa、喷射角度60°和钢珠直径1mm,其抗冲击性最好。
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