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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。
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某40Cr钢齿轴在使用过程中发生早期断裂失效,通过宏观检验、化学成分分析及金相检验的方法,对齿轴断裂的原因进行了分析。结果表明:齿轴在加工过程中,由于切削刀具吃刀量过大或刀具过钝,使齿轴表面产生铁屑翻皮卷曲,导致表层晶粒脱落及切削挤压微裂纹。同时原材料中非金属夹杂物过多,材料的强度大幅度降低,脆性显著增大,淬火应力集中形成开裂。齿轴服役承载时,淬火形成的裂纹继续扩展,终导致齿轴断裂失效。
通过观察金相组织、测量表面硬度和渗层深度、检测耐蚀性等方法,研究了激光淬火预处理对40Cr钢离子碳氮氧硫共渗层组织和性能的影响。结果表明,激光淬火预处理缩短了离子碳氮氧硫共渗的时间,降低了共渗的温度。激光淬火预处理可提高共渗工件表面硬度及渗层深度,经激光淬火/离子多元共渗处理后,40Cr钢表面的ε-Fe2-3N相和FeS含量增多,Fe3C含量减少,可明显地改善其耐蚀性。
以WC合金作为电极,氩气为保护气体,采用电火花沉积技术在40Cr钢表面沉积WC合金层,通过显微硬度计、扫描电镜(SEM)及能谱分析(EDS),X射线衍射等测量方法,研究了40Cr钢表面电火花沉积WC层的显微硬度、表面状态、界面行为及相结构组成。结果表明,WC合金电火花沉积层存在微裂纹及气孔,主要由W、Fe6W6C、Fe3C和Cr23C6等相组成;沉积层显微硬度达820 HV,为基体的4.5倍;沉积层断面连续、致密,厚度为30μm;沉积层与基体之间发生了元素的相互扩散与合金化过程,呈冶金结合,无明显界面。
采用3种不同材料的硬质合金刀具,通过改变切削用量三要素的方法,在CA6140A车床上对40Cr钢进行干切削,分别得到了切削用量三要素对试验结果的影响程度和3种刀具干车削40Cr钢的切削力经验公式,利用基于有限元的工艺仿真软件Deform-3D对40Cr钢的干切削过程进行了模拟仿真,并将仿真结果和经验公式值分别与试验结果数据进行了对比.结果表明:背吃刀量对切削力的影响 ,其次是进给量和切削速度;YG8可转位车刀对40Cr钢的切削性能优于YW2和YT15可转位车刀;切削力经验公式更适于对40Cr钢切削力的预测,为进一步优化40Cr钢的切削工艺提供了一定依据.
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