组织状态对45CrNiMoVA钢超声滚压表面完整性的影响

针对组织状态对超声滚压(USRP)表面完整性影响规律不明的问题,分别对铁素体+珠光体和回火马氏体两种组织状态下的45CrNiMoVA钢进行USRP试验,结合两种组织状态下材料动态力学性能的差异,对表面形貌及表面粗糙度、表层显微硬度、残余应力和表层微观组织进行对比分析。结果表明,较软组织状态下的材料在USRP作用下更容易实现表面光整效果,表层材料更容易发生塑性变形,导致形成更明显的表层硬化效果,但是难以形成更高幅值的残余压应力; USRP在45CrNiMoVA钢表层引入的残余压应力幅值与其组织强度大小成正比,回火马氏体组织状态下表层残余压应力易呈"勺形"分布,最大残余压应力出现在亚表面,达到-1 272 MPa,铁素体+珠光体组织状态下表层残余压应力易呈"梯度"分布,最大残余压应力出现在表面,达到-694 MPa;体心四方(BCT)晶体结构的组织在USRP作用下更容易发生晶粒细化,而体心立方(BCC)晶体结构的组织在USRP作用下以塑性变形为主。以上规律可用于指导不同组织状态下材料加工表面完整性的精准调控。     

超高强度钢强力滚压残余应力仿真与试验研究

目的 研究不同强力滚压工艺参数对超高强度钢表层残余应力分布的影响.方法 针对45CrNiMoVA超高强度钢的表面强化问题提出了强力滚压工艺.采用硬质合金滚压刀具,对试样施加超过2500 N的滚压力,进行强力滚压强化单因素试验.基于SEM和EBSD测试,分析强力滚压对超高强度钢表层微观组织的影响,进而对不同滚压参数下超高强度钢表层残余应力分布与表面残余应力变化进行分析.最后通过ABAQUS有限元仿真建立了超高强度钢强力滚压强化表层残余应力场预测模型,对滚压强化表层残余应力仿真值与试验值进行了对比.结果 强力滚压使得超高强度钢表层的平均晶粒尺寸从0.813μm降低为0.474μm,且马氏体晶粒沿滚压方向发生了变形滑移.超高强度钢经强力滚压后,表层残余压应力由–276 MPa提升至最高–942 MPa,残余压应力深度由0.2 mm增加至最大0.9 mm.超高强度钢强力滚压试验和仿真残余应力沿径向的分布规律一致,滚压表面残余压应力仿真值与试验值的误差小于27％.结论 测试分析表明,强力滚压可有效细化超高强度钢45CrNiMoVA表层晶粒并且改善残余应力分布,残余压应力值随着滚压深度和滚压次数的增加而增大,随进给量和工件转速的增大而减小.强力滚压仿真较为准确地预测出滚压强化表层残余应力分布情况,为超高强度钢45CrNiMoVA等一类难加工材料构件的表面强化问题提供了工艺指导.     

超高强度钢热场-超声复合滚压表层微观组织强化机制

针对超高强度钢冷塑性变形能力弱、表面形变强化难度大的问题,提出热场-超声复合滚压强化方法。开展45CrNiMoVA钢表面热场-超声复合滚压试验,利用SEM、EBSD和TEM等检测手段,结合表面层残余应力分布结果,表征、分析表层微观组织的演变与强化机制。发现在声软化效应和热软化效应耦合作用下,热场-超声复合滚压后45CrNiMoVA钢表层材料的塑性变形程度加剧,塑性变形层深度增加,表层材料发生晶粒细化,形成沿深度方向晶粒尺寸呈梯度分布的微观组织结构,细晶强化和位错强化是主要的强化机制。证明了热场-超声复合滚压方法的有效性,对超高强度钢零件表面强化处理技术的发展具有重要意义。     

扭力轴花键冷打表面完整性研究

目的 针对扭力轴花键冷打表面完整性规律不明的问题,研究冷打成形后花键表面的几何、力学和组织状态演变,为扭力轴花键抗疲劳制造工艺提供参考。方法 将扭力轴花键冷打成形,检测、表征冷打成形后花键的表面形貌及表面粗糙度、残余应力、表层硬化和表层微观组织状态,基于高应变率下的真实应力应变曲线,对表层等效塑性应变进行分析。结果 花键冷打起始与结束区域的表面存在“加工纹理不连续”、“起裂”缺陷。齿根表面形成残余压应力,达到–928.5 MPa。表层加工硬化效果明显,硬化层深度达1 mm,显微硬度和等效塑性应变沿层深呈梯度分布,显微硬度提升24.2%,等效塑性应变达到175%。表层组织发生严重塑性变形,呈“纤维状”,深度达500μm。结论 扭力轴花键冷打表面质量不均匀,两端为薄弱区域,对齿根进行表面滚压处理是后续必不可少的工序。冷打成形引入的残余压应力、加工硬化和连续性的微观组织变形层对于表面完整性具有积极意义,其受后续工序的影响及演变需要进一步研究。