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为了更好地指导TiAlN涂层刀具在金属切削加工中的应用,采用物理气相沉积法制备了TiAlN涂层刀具,应用TiAlN涂层刀具和未涂层刀具对不同调质状态的40Cr钢进行了干式切削试验。通过对切削过程中切削力和切削温度检测,考察了TiAlN涂层刀具的切削性能。结果表明,与YT15硬质合金刀具相比,TiAlN涂层刀具适合切削高硬度的金属材料,且优越性更明显。
为了研究40Cr钢表面纳米化对其耐磨性能的影响,对40Cr钢表面进行高能喷丸处理,获得纳米结构表层,分析了材料表面高能喷丸前后的微观组织变化,测定了纳米化材料表层的残余应力及显微硬度,研究了纳米化表层的磨损性能。结果表明:高能喷丸使40Cr钢表层发生了严重塑性变形,显微硬度较基体提高了68%,并使材料表面分布了较高幅值残余压应力, 可达-736 MPa,残余压应力层深度达0.9 mm;高能喷丸表面纳米化能在一定程度上降低40Cr钢表面的摩擦系数,且大大减小其磨损失重,显著改善了40Cr钢的耐磨性能。
对40Cr钢进行了三种不同淬火温度的调质处理,进行了试样硬度测定和拉伸试验。通过金相显微组织分析了不同淬火温度对试样力学性能影响。结果表明,经830℃亚温淬火处理的试样的综合力学性能 ,其显微组织中回火索氏体较其它试样细小均匀。这主要是采用临界淬火温度加热后奥氏体晶粒细化造成的。
采用随焊冲击旋转挤压法控制高强钢冷裂纹。为了增强加载区域的塑性延展,进行了曲面冲击头的设计,对强拘束度条件下40Cr钢工件,利用冲击旋转挤压曲面头进行了间距分别为80mm、100mm和110mm的随焊加载。采用小孔法测量了接头处的残余应力。实验结果表明,随焊冲击旋转挤压法能够显著减小残余应力,从减小接头残余应力的角度控制了高强钢焊接冷裂纹
针对磁研磨法抛光铁磁性管件内表面时的磁屏蔽问题,研制出一套磁力光整加工装置。对4种形状的磁极模型进行有限元分析,研究磁极形状、磁极转速及运动状态对抛光效果的影响,并以40Cr钢为材料进行试验验证,利用扫描电子显微镜观察加工前后工件的微观表面形貌。结果表明:磁极为环形磁极且与工件反向旋转、磁极转速为2 000r/min时加工效果好、加工效率较高;表面粗糙度值可降到Ra 0.25μm以下;工件内表面的微裂纹、凹坑等表面缺陷基本被去除,表面质量得到明显改善。由此表明,利用磁极内置的方法可以很好的解决磁屏蔽问题,并获得良好的表面加工质量。
为提高40Cr钢的耐磨性和疲劳性能,利用YLS-4000型光纤激光器对40Cr钢表面进行淬火强化。利用扫描电镜、显微硬度计等对淬硬层组织和硬度进行了分析,采用X-350A型应力测定仪对淬硬层的残余应力和残留奥氏体进行了测试。结果表明:40Cr钢表面激光淬硬层主要由板条状马氏体组成,马氏体的体积分数在95%以上,马氏体晶粒较基体组织有明显细化;淬硬表层的平均显微硬度(710.5 HV)显著高于基体(235.5 HV),随着到表面距离的增加硬度值逐渐降低至基体硬度;淬硬层表面产生较大的残余压应力,压应力值高达230 MPa以上。
利用Gleeble3800型热力模拟试验机对40Cr试样进行热压缩试验,得到不同温度和应变速率下的应力-应变曲线。用XRD、SEM和OM对热压缩后试样表面物相和金相形貌进行表征,分析了不同温度和不同应变速率下,热压缩对试样表面组织性能的影响。结果表明:变形抗力与应变速率成正比,与试验温度成反比,残留奥氏体含量同样遵循此规律;650℃时表面以片状珠光体为主,750℃时表面组织以马氏体和贝氏体为主,随着温度升高,材料表面出现轻微氧化;在650℃时可获得约350 MPa的平均残余应力,且在同一温度下,应变速率的提高有利于提高表面残余应力,这将有利于提高材料的抗疲劳性能。
基于对超细化预处理的40Cr/40Cr电场作用下超塑性焊接可行性的分析,在非真空、无保护气氛下,以电场作用下40Cr/40Cr的超塑性焊接工艺为研究对象,探讨其在非真空、无保护气氛下,有、无电场作用下40Cr钢的压缩及40Cr/40Cr的超塑性焊接工艺,根据压缩试验结果选E=0和2 k V/cm进行压接。结果表明:在750℃、应变速率为1.5×10-4s-1、保温时间20 min条件下压缩时,E=2 k V/cm时电场作用效果明显;并选E=0和2 k V/cm焊接试样拉伸强度分别为636.7和657.8 MPa,通过扫描电镜对压缩、焊接试样及拉伸断口进行微观分析,可以看出加2 k V/cm电场的试样组织更细化,结合更紧密,说明电场是有利于超塑性固态焊接的。
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