研磨工艺对18CrNiMo7-6钢表面粗糙度和残余应力的影响

目的探究研磨工艺参数对18CrNiMo7-6钢渗碳前后工件表面粗糙度和残余应力的影响规律,从而为降低研磨加工工件表面粗糙度,提高表面质量提供依据。方法分别采用三维表面轮廓仪和X射线残余应力分析仪对工件研磨前后的表面粗糙度和残余应力进行检测,通过单因素试验研究研磨垫粒度、研磨压力、研磨速度及研磨时间等研磨工艺参数对工件表面粗糙度和残余应力的影响规律。结果随着研磨垫粒度从400#到3000#,渗碳前后工件表面粗糙度值均减小,Ra可达15～17 nm。渗碳前后工件表面残余应力值均增大,渗碳前表面表现为残余压应力,渗碳后表面可由较大的残余压应力升至残余拉应力。当研磨垫粒度为400#时,渗碳前后工件残余应力分别为–506.54 MPa和–587.29 MPa。研磨垫粒度为800#时,随着研磨压力、研磨速度及研磨时间的增大,渗碳前后工件表面粗糙度值均减小,且表面残余压应力值增大。结论相同研磨条件下,渗碳后工件的表面粗糙度普遍小于基体件,而渗碳件的表面残余应力普遍大于基体件。18CrNiMo7-6钢渗碳后,硬度、耐磨性得到极大提高,其研磨过程中塑性变形程度减弱是导致上述现象的重要原因。     

后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响

目的探究不同后混合水射流喷丸工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等,对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力及显微硬度随层深的变化情况进行分析。结果后混合水射流喷丸时,弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀、磨损、剪切作用,使试样表面产生新的凹坑。表面粗糙度Ra值随着喷射压力P及喷射靶距H的增加而增大,随着喷嘴移动速度v的增加而减小。试样显微硬度最大值都出现在表面,且随层深的增加,硬度值逐渐减小,喷射压力P=300 MPa时,表面硬度值达到62.8HRC,比试样初始表面硬度值增加了7.35%。试样材料所能引入的残余压应力具有固有最大值σmirs,当引入的残余压应力未达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs随喷射压力P的增加而增大,但随喷射靶距H和喷嘴移动速度v的改变变化不大。当引入的残余压应力达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs即为σmirs,不再改变,但是最大残余压应力距表面距离值zm仍会随着喷射压力P的增加而增大。结论后混合水射流喷丸后,试样表面粗糙度变化较大,表层显微硬度有一定提高。残余应力的分布主要与喷射压力P有关,而与喷射靶距H和喷嘴移动速度v关系不大。     

超声滚压参数对18CrNiMo7-6齿轮钢表面性能的影响

目的研究在不同加工参数下,对18CrNiMo7-6齿轮钢进行超声滚压加工后表层质量的变化,并得出其显著性顺序。建立表面粗糙度的解析模型,研究进给量、滚压次数和初始表面粗糙度对表面质量的影响,并与试验结果作对比。方法采用车刀将固定在车床卡盘上的18CrNiMo7-6齿轮钢棒状材料的端面进行精车后,采用超声滚压试验装置对精车后端面进行加工处理。采用三维形貌测量仪等专用设备,对加工完成后的试样表面表面粗糙度、表层显微硬度、表面二维形貌和表层残余应力等进行检测,然后利用正交试验,寻找对试样表面粗糙度影响的显著性因素,建立表面粗糙度的解析模型,对比试验数据和解析模型数据,研究超声滚压对表面粗糙度、表面二维形貌、表层显微硬度和表层残余应力的影响。结果得到的显著性顺序为进给量、主轴转速、次数、振幅、静压力,并且前述给出的粗糙度解析模型可以较好地预测超声滚压后的表面粗糙度,计算得到的理论数据与试验数据较为接近。试样表面的粗糙度Ra由车削加工的3.003μm减小为0.468μm,齿轮钢表层形成了明显的加工硬化层,其深度约为260μm;表层显微硬度从未处理的360.9HV升至417.6HV,比率为15.7%;表层内形成了勺形分布的残余应力,在距离表层60μm处,最大残余压应力形成,为–790.97 MPa,残余压应力层深度达到了800μm。结论超声滚压加工可以显著提高18CrNiMo7-6齿轮钢试样的表面性能,其中以滚压进给量的影响最为显著。     

金刚石滚轮修整对18CrNiMo7-6钢磨削残余应力影响

为了探究金刚石滚轮修整参数对18CrNiMo7-6齿轮钢外圆磨削表面残余应力的影响,采用烧结和电镀两种金刚石滚轮对陶瓷结合剂棕刚玉砂轮进行了修整试验。通过对磨削后表面残余应力的检测和金刚石滚轮修整机理的分析,探究了修整进给量、轴向进给速度、修整速比对残余应力的影响。结果表明:外圆磨削表面残余压应力值随着修整进给量、轴向进给速度、修整速比的增大而增大;在相同的修整参数和磨削状况下,使用电镀金刚石滚轮修整的砂轮磨削表面残余压应力值大于使用烧结金刚石滚轮修整的砂轮。其结论对于18CrNiMo7-6钢外圆磨削时砂轮修整工艺参数选择具有指导作用。     

18CrNiMo7-6渗碳钢相变塑性系数对残余应力的影响

目的研究碳含量对相变塑性系数的影响,并精确仿真18CrNiMo7-6钢渗碳淬火后的残余应力分布。方法制备四种不同碳含量（0.21%、0.49%、0.65%、0.87%）的全渗透试样,分别进行不同应力水平下的膨胀试验,测得不同碳含量试样的相变塑性系数K,并输入DEFORM-HT中进行残余应力仿真,同时对f16.72 mm的圆柱试样进行渗碳淬火试验,以验证残余应力模拟的准确性。结果前三种碳含量下马氏体相变动力学参数α变化不大。基于此,提供了一种便于计算高碳含量试样不完整膨胀曲线的K值的方法,计算四种不同碳含量试样的相变塑性系数分别为7.16×10^–5、5.45×10^–5、5.53×10^–5、6.01×10^–5MPa–1。分别采用不考虑相变塑性即K=0MPa–1、取为基体值即K=7.16×10^–5MPa–1和试验测得与碳含量相关的相变塑性系数进行残余应力仿真,其中采用试验测得相变塑性系数仿真结果与实测的残余应力吻合度最高,残余压应力从表面到心部呈现先增大后减小的趋势。结论经渗碳淬火后的试样表层存在碳梯度,不同碳含量下影响相变塑性系数数值的主导机制不同,导致相变塑性系数随着碳含量的增加而先降低后升高,且其对18CrNiMo7-6钢渗碳淬火后残余应力分布的影响显著。     

基于高压纯水射流的45钢表面强化研究

目的对高压纯水射流强化后的45钢表面进行研究,分析工艺参数对强化表面残余压应力与表面粗糙度的影响。方法采用正交试验法研究射流压强、靶距、横移速度、进给量和循环次数对强化质量的影响。利用Minitab软件对试验结果进行分析,研究其影响规律,并探究最佳工艺组合。结果工艺参数对纯水射流强化表面残余压应力影响程度的主次顺序依次为:循环次数进给量压强横移速度靶距;工艺参数对纯水射流强化表面粗糙度影响程度的主次顺序依次为:压强循环次数进给量横移速度靶距;工艺参数对纯水射流强化表面质量影响程度的主次顺序依次为:压强靶距进给量循环次数横移速度。综合强化表面残余压应力与表面粗糙度,得到最优工艺参数:射流压强200 MPa、靶距10 mm、进给量0.5 mm、循环次数2次、横移速度100 mm/min。结论高压纯水射流对45钢的表面强化效果显著,所得强化表面残余压应力提升明显,但表面粗糙度提升不明显,表面粗糙度值低于1.1μm。     

高速磨削对18CrNiMo7-6表面完整性的影响研究

目的对试件表面粗糙度和残余应力进行分析,为研究高速磨削齿轮材料表面完整性提供试验依据,并对齿轮材料高速磨削工艺进行深入探讨。方法选择以平面磨削为主要研究方式,根据Salomon理论和高速磨削理论,提出以单因素法对齿轮材料18CrNiMo7-6进行高速磨削工艺试验,试验变量为砂轮线速度、磨削深度和工作台速度,以此得到了高速磨削工艺参数与表面完整性(主要为表面粗糙度和残余应力)之间的关系。结果齿轮材料18CrNiMo7-6的表面粗糙度随砂轮线速度的增大、磨削深度和工作台速度的降低而得以改善,用三维粗糙度表征法可以准确地评定工件表面形貌。试验得到砂轮线速度对残余应力的影响最大,磨削深度次之,工作台速度的影响较小。除V_s=160 m/s外,经高速磨削的渗碳淬火18CrNiMo7-6试件表面残余压应力值得到提升。结论通过分析高速磨削对表面完整性的影响,可得到该研究材料的最优磨削参数组合为:V_s=120 m/s,V_w=4 m/min,a_p=0.02 mm。在此磨削参数下,试件的残余压应力值最大,将有利于提高试件表面完整性。     

18CrNiMo7-6钢高速外圆磨削残余应力和硬度的试验分析

针对18CrNiMo7-6渗碳钢工件,以砂轮线速度v_s、工件转速n_w、砂轮径向进给速度v_fr和砂轮CBN磨料粒度为变量设计单因素试验,分别采用X射线残余应力分析仪和显微硬度计对工件的表面残余应力和硬度进行检测。结果表明：高速外圆磨削可为18CrNiMo7-6渗碳钢工件的表面引入残余压应力,X方向的压应力小于Y方向的压应力,同时高速外圆磨削可以提高工件表面的硬度;随着v_s的增大,残余压应力先增大后趋于平稳,硬度先减小后增大且在v_s为75 m/s时最小;随着n_w的增大,工件表面残余压应力和硬度的变化不具单调性;v_fr对工件表面残余压应力和硬度的影响较大,线性拟合后残余压应力和硬度整体上均呈减小趋势;不同CBN磨料粒度砂轮磨削在工件表面产生残余压应力和硬度的大小依次为M10/20最大,120/140次之,230/270最小;18CrNiMo7-6钢表面存在拉应力时硬度较低,表面存在压应力时硬度较高。     

刀片表面粗糙度对工件表面残余应力分布影响的分析

目的探究硬质合金刀片表面粗糙度对加工工件表面残余应力分布的影响。方法首先通过Advant Edge FEM软件建立斜角三维切削模型,得出刀-屑间的摩擦模型。然后采用化学机械抛光方法对硬质合金刀片表面进行预处理,制备不同表面粗糙度的硬质合金刀片,通过对不同表面粗糙度的刀片进行四因素四水平的正交切削实验获得切削力,结合切削力的实验结果及刀-屑之间的摩擦模型,获得刀-屑间的摩擦系数,基于Advant Edge FEM对切削残余应力进行模拟仿真。最后,结合实验对仿真模型的合理性进行验证。结果采用表面粗糙度为0.02、0.04、0.08、0.2μm的硬质合金刀片切削45钢时,工件表面的最大残余应力分别为621.51、655.46、654.69、687.29 MPa。采用表面粗糙度为0.02μm的硬质合金刀片切削与采用表面粗糙度为0.2μm的硬质合金刀片切削相比,工件表面的最大残余应力减小了10.58%。结论硬质合金刀片的表面粗糙度越小,切削工件表面的残余应力越小。     

干式切削20Cr表面粗糙度和残余应力研究

针对低渗碳钢20Cr材料制作齿轮轴等零件表面质量要求,如表面粗糙度低于1.6 μm,零件表面耐疲劳性能良好。试验采用干式切削20Cr钢材方式,在背吃刀量固定的工序中,研究切削速度和进给量对20Cr材料表面粗糙度的影响,同时结合有限元技术,分析切削速度和进给量对20Cr表面残余应力的影响。干式切削试验采用单因素方法,进行多组干式切削20Cr工件,对比分析各组工件表面粗糙度,结果表明当进给量较小时,切削速度对工件表面粗糙度有显著影响,表现为表面粗糙度随切削速度增加而变大;当切削速度一定时,进给量增加导致表面粗糙度变大,并且进给量对表面粗糙度的影响大于切削速度;对于工件表面残余应力,增加切削速度和进给量均导致残余应力变大,因而较小的切削速度和进给量可以降低工件表面残余应力,改善应力分布状态。     

304不锈钢水射流强化工艺的多目标优化设计

目的得到水射流强化技术工艺参数(水压、靶距、速度、进给量)对304不锈钢表层性能指标(残余应力、硬度和粗糙度)的影响程度。方法采用X射线残余应力分析仪、三维形貌仪和显微硬度计,分别测试304不锈钢水射流后表面的残余应力、粗糙度和显微硬度值。利用显著性方法分析正交试验结果,并通过多目标优化设计对不同水射流工艺参数下的强化效果进行综合性研究。结果影响304不锈钢表层性能指标的水射流工艺参数由强到弱的顺序依次为:进给量、水压、速度和靶距。经过多目标优化设计,得到了304不锈钢水射流强化工艺参数的最佳组合:水压300 MPa,靶距15 mm,速度400 mm/min,进给量0.125 mm。结论水射流工艺参数的制定主要考虑进给量和水压两者的影响,而速度和靶距对表层性能指标的影响较小。     

前混合水射流组合喷丸的机理与试验研究

目的 对18CrNiMo7-6渗碳钢进行不同丸粒条件下的混合射流喷丸研究。方法 基于Hertz理论分析,构建一次喷丸工艺的残余应力场解析预测模型,并进行试验验证,在此基础上获取达到残余应力场近饱和的喷丸试验参数;选择不同的丸粒类型、压力等试验参数来探究二次微细喷丸处理渗碳钢对其残余应力、表面质量的影响规律。结果 在一次喷丸(First-shot peening)处理获得饱和残余应力场的条件下,采用ϕ0.1 mm的铸钢丸和ϕ0.05 mm的强化钢丸/玻璃丸进行二次喷丸(Secondary-shot peening)时,随着喷丸强度的提高,铸钢丸喷丸处理出现了过喷,并发生残余应力消退(消残)现象,在最高强度下残余应力最大值所在深度降低了约50 μm,总影响深度降低了约120 μm,表面粗糙度Ra随之增大,由0.78 μm升至1.78 μm;微细强化钢丸未对已有残余应力场造成过大的影响,表面粗糙度先减小后增大,最低为0.81 μm;微细玻璃丸对试样的残余应力场、表面粗糙度的影响不大。铸钢丸在压力2 MPa、喷嘴移速16 mm/s,或微细强化钢丸在6 MPa、4 mm/s时,其喷丸效果更好。结论 二次喷丸工艺中,在适宜的喷丸强度下使用微细丸粒不仅能增强原有的残余应力场,还可以显著提高一次喷丸处理后的表面质量。     

喷丸强化后30CrMnSiNi2A钢表面完整性对其抗疲劳性能的影响*

采用气动式喷丸机对铣削加工和磨削加工的30CrMnSiNi2A钢疲劳试样进行喷丸强化处理,利用扫描电镜、表面粗糙度仪和X射线应力测试仪分别对试样的表面形貌、粗糙度和残余应力进行测试,并对不同表面状态的试样进行疲劳试验,分析表面完整性对其疲劳寿命的影响。结果表明:该钢铣削加工时易在表面留下撕裂、鳞刺和折皱等加工缺陷,导致严重的应力集中,试样疲劳寿命较低;喷丸强化处理能有效降低铣削加工试样的表面粗糙度,增加残余压应力水平,从而提高了其疲劳寿命。磨削试样喷丸处理后试样表面残余应力增大,但表面质量大幅下降,疲劳寿命略有降低。     

高分子添加剂对磨料水射流切割质量的影响

通过磨料水射流和在磨料水射流中加入不同浓度高分子添加剂切割大理石的对比实验,测量了在不同工况下切缝表面不同位置测点的粗糙度。试验结果表明:在相同工况下,高分子添加剂磨料水射流较磨料水射流能减小切缝表面粗糙度,提高切缝表面质量;不同浓度高分子添加剂磨料射流对切缝表面粗糙度影响不一,存在最优浓度为3×10~(-4);磨料水射流切割中,走刀速度过慢和过快时获得切缝表面最小表面粗糙度的靶距较正常走刀速度大;高分子添加剂磨料射流切割中,不同走刀速度下获得切缝最小表面粗糙度的靶距趋向一致。     

喷丸对23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢表面性能的影响

针对23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢材料,研究喷丸强化对其表面性能的影响。采用扫描电镜、白光干涉仪等设备,分析喷丸强化对试样表面形貌、粗糙度、硬度、残余应力、元素含量等的影响。结果表明:喷丸强化后,试样表面留有大量弹坑,产生明显塑性变形;表面粗糙度增大,算术平均粗糙度为1. 33μm;硬度显著增大,最表层硬度由喷丸前的HV 476增加至HV 497,硬化层深度约150μm;试样表层的残余压应力值由375 MPa增加至475 MPa,最大残余压应力值约518 MPa,位于距表面50μm深度处,喷丸形成的残余压应力层深度约为134μm;喷丸后试样中C、Si、Cr等各元素的质量分数均略有增加。喷丸在一定程度上改善了23Co14Ni12Cr3Mo钢材料的表面性能,有利于提高其疲劳抗力和耐腐蚀性。     

Study of relieving weld residual stresses in large pressure steel pipes of hydropower station by local explosion treatment

Ｓｔｕｄｙｏｆｒｅｌｉｅｖｉｎｇｗｅｌｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｌａｒｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｔｅｅｌｐｉｐｅｓｏｆｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｂｙｌｏｃａｌｅｘｐｌｏｓｉｏｎｔｒｅａｔｍｅｎｔ￥ＺｈｕＳｈｉｃｈａｎｇ；ＣｈｅｎＬｉａ...     

58SiMn高强度钢车削表面完整性的试验研究

目的研究58Si Mn高强度钢表面完整性评价指标受切削参数影响的变化规律。方法分别设计单因素和正交试验,采用涂层硬质合金刀具对58Si Mn高强度钢进行车削加工试验,通过采集相关数据,分别讨论了切削深度、进给速度和切削速度变化对表面粗糙度、残余应力、显微硬度和表层微观组织变化等方面的影响。结果进给速度对表面粗糙度的影响最显著,切削速度次之,切削深度的变化对表面粗糙度无直接影响。已加工表面的残余应力随切削速度和进给量的增大而增大。显微硬度随切削深度的增大而减小,随进给量的增大而增大,层深上的显微硬度则呈现先减小后增大的趋势。表层微观组织受切削速度影响不大,未出现明显的相变和晶粒歪曲。结论降低进给速度是减小工件表面粗糙度最直接有效的方法,提高切削速度并不能使表面粗糙度明显减小。工件表面的轴向和切向残余应力均为拉应力,为提高零件使用性能,应采取相应的措施使之转化为压应力。