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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。
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。
采用温挤压技术对40Cr钢进行成形试验,考察了不同温度下温挤压试样的摩擦-磨损行为.通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了40Cr钢磨损后表面形貌、化学元素分布和物相组成,讨论了40Cr钢温挤压的磨损机理.结果表明,在挤压温度为550℃时试样晶粒尺寸细小,残余奥氏体含量较高,硬度 ,其磨损性能为 ;而当温度为650℃和750℃时,晶粒尺寸较粗大,残余奥氏体含量降低.在5N载荷作用下,挤压温度为550℃时,摩擦因数为0.7667;当挤压温度达到650℃,摩擦因数为0.8587,提高了12.01%,磨损性能降低;750℃时,摩擦因数为0.8764,相比550℃提高了14.31%,磨损性能进一步变差;在550、650和750℃时,磨损形式主要为磨粒磨损.
循环渗氮550 10 h℃试样的渗层厚度厚,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的增加,试样的渗层厚度变厚,但时间超过6 h后,渗层厚度的增加较缓慢,6、8、10 h试样的渗层厚度差别不大。相同的渗氮温度下,循环渗氮6 h的试样的渗层厚度基本与常规恒温渗氮10 h试样的渗层厚度一样,相同渗氮时间内,循环渗氮510℃的试样的表面硬度高于恒温渗氮550℃试样的表面硬度,且两者的渗层厚度相差不多。结论循环离子渗氮工艺优于常规的恒温离子渗氮,循环离子渗氮550 8 h℃试样的综合性能 。
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