外圆磨削18CrNiMo7-6力模型及表面完整性研究

为了准确和有效地控制磨削参数对磨削力及表面完整性的影响,通过解析法,以磨粒与材料间的塑性变形、压痕理论以及剪切应变效应为理论依据,建立了三阶段的磨削力理论模型。选定棕刚玉砂轮进行磨削试验,探究了磨削参数对磨削力的影响以及磨削参数和磨削力对表面完整性的影响,通过外圆横向磨削正交试验获得了外圆磨削最优工艺参数。结果表明,外圆磨削力模型法向磨削力和切向磨削力的预测平均误差分别为5.56%和7.08%;砂轮径向进给速度f_(r)对磨削力的影响最大,磨削宽度b次之,工件转速n_(w)和砂轮粒度的影响较小;f_(r)和b对残余应力的影响较大,砂轮粒度对表面粗糙度的影响最大;随着磨削力的增大,表面粗糙度值一直增大,残余应力先减小后增大,沿深度方向残余应力最大值先增大后减小,在试验所取参数条件下,影响残余应力的深度分布范围基本在20~40μm;最优工艺参数组合如下:f_(r)=0.15 mm/min,n_(w)=120 r/min,b=10 mm,砂轮粒度80。

18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为及显微组织演变

采用热模拟方法研究了18CrNiMo7-6齿轮钢在变形温度900~1150℃、应变速率0.01~5 s-1条件下的热压缩变形行为;建立了基于Arrhenius模型的全应变本构方程,采用该方程对流变应力曲线进行预测;根据动态材料模型绘制热加工图,并结合热加工图系统地研究显微组织演变特征。结果表明:试验钢的峰值应力随应变速率的增加或变形温度的降低而增大,动态回复和动态再结晶是热变形过程中的主要软化机制;采用建立的全应变本构方程预测得到流变应力曲线与试验结果基本吻合,预测真应力与试验结果的相对误差小于4.715%,说明该模型可以精确地模拟18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为。试验钢的适合热加工工艺参数为变形温度1050~1150℃、应变速率0.1~1 s^(-1),此时组织为均匀细小的再结晶晶粒,晶粒尺寸在5~15μm。随着变形温度的升高或应变速率的降低,原始奥氏体晶粒不断被动态再结晶晶粒取代,且动态再结晶程度和再结晶晶粒尺寸增大。

车削工艺参数对18CrNiMo7-6钢切削力及表面粗糙度的影响

为了探究车削工艺参数对18CrNiMo7-6钢标准疲劳试样不同位置的切削力和表面粗糙度的影响,采用CAK4085型数控车床对主轴转速n、背吃刀量a_(p)和进给速度v_(f)三个工艺参数进行单因素试验研究。结果表明:对于标准试样的圆弧段和标距段,切削用量对切削力和表面粗糙度的影响规律相同;背吃刀量a_(p)对切削力影响最大,进给速度v_(f)对切削力的影响次之,主轴转速n对切削力的影响最小;拟合的三个切削力分量指数公式中,主切削力的拟合误差为5.25%,背向力的拟合误差为2.29%,相对误差较小。结果显示,影响表面粗糙度Ra的最大因素为进给速度,Ra随v_(f)的增大而增大,圆弧切入段的表面粗糙度Ra比切出段高。综合考虑疲劳试样较好的加工工艺参数为:n=1000r/min,v_(f)=80mm/min,a_(p)=0.3mm。本研究结果可为疲劳试样的车削加工工艺制定提供参考依据。

18CrNiMo7-6渗碳合金钢电解抛光参数研究

为提高18CrNiMo7-6渗碳合金钢表面变质层的电解抛光加工质量,开展18CrNiMo7-6渗碳合金钢表面变质层不同渗碳层深度下的电解抛光工艺分析与试验。结果表明,选择浓磷酸与浓硫酸混合溶液作为电解液,温度为40~45℃,首先研究18CrNiMo7-6渗碳合金钢表层试样在不同抛光电压、抛光电流及抛光时间工艺参数下电解抛光后的表面质量,得到18CrNiMo7-6渗碳合金钢表层的最佳电解抛光参数为10 V、1.8~1.9 A、70 s;再对得到的表层最佳参数进行微调,得到不同渗碳深度下试样的最佳电解抛光参数,次表层电解抛光参数为10 V、1.6~1.7 A、65 s,心部电解抛光参数为10 V、1.5~1.6A、60 s。

渗碳工艺对18CrNiMo7-6合金钢缺口件疲劳性能的影响

为分析渗碳工艺对18CrNiMo7-6缺口构件疲劳性能的影响,对应力集中系数Kt=1.86的缺口试样进行渗碳热处理并测定其旋转弯曲疲劳性能,同时对试样表层组织、硬度以及应力场进行了表征。结果表明,渗碳热处理可以明显提升试样表面硬度并引入残余压应力,并且可以显著提升缺口试样的疲劳性能,相较于未渗碳试样疲劳极限提升超过100%;随着有效硬化层深度的增加,缺口试样的疲劳极限均呈现先增后减的趋势。未渗碳试样和渗碳试样的疲劳源均在缺口根部表面处,且均为多源断裂。疲劳过程中渗碳试样表面残余奥氏体在循环应力作用下诱导马氏体相变,其转变量存在一个临界值。

18CrNiMo7-6齿轮钢的动态再结晶和亚动态再结晶行为及其动力学模型

在不同变形条件(变形温度1000~1150℃、应变速率0.01~5 s^(−1)、道次间隔时间5~30 s)下对18CrNiMo7-6齿轮钢进行单道次和双道次热压缩试验,研究了该钢的动态再结晶(DRX)和亚动态再结晶(MDRX)行为,建立了DRX和MDRX动力学模型,对不同变形条件下的DRX和MDRX体积分数进行预测,分析了预测精度。结果表明:在热变形过程中,该钢的DRX体积分数随着变形温度的升高和应变速率的降低而增大,MDRX体积分数随着变形温度和应变速率的提高以及道次间隔时间的延长而增大。构建的DRX和MDRX动力学模型预测精度较高,前者预测的DRX体积分数曲线与由流变曲线计算得到的结果的决定系数大于0.9,后者预测的MDRX体积分数与由2%应力补偿法获得的结果的平均相对误差为6.619%。通过Zener-Hollomon参数方程得到的DRX和MDRX激活能分别为47.381,291.802 kJ·mol^(−1)·K^(−1)。

S含量对18CrNiMo7-6齿轮钢中夹杂物和疲劳性能的影响

以w[S]为0.002%(低S含量)和0.022%(高S含量)的两种18CrNiMo7-6齿轮钢为研究对象,参照齿轮热处理工艺获得伪渗碳试样,并对其力学性能、显微组织、疲劳性能和夹杂物分布进行了分析表征。结果表明,两种齿轮钢的强度基本相当,而高S含量试验钢具有更好的塑性和低温冲击韧性,并且其疲劳极限、疲劳寿命均优于低S含量试验钢,疲强比由0.445提高到0.479。S含量显著影响钢中的夹杂物分布情况:低S含量试验钢中夹杂物以MnS-Oxide为主,数量较少,同时尺寸更大;而高S含量试验钢夹杂物以CaS-MnS-Oxide复合型夹杂物为主,数量提高1倍以上,但尺寸更为细小。高S含量试验钢采用Ca处理工艺对夹杂物进行改性,夹杂物尺寸明显细化,有利于钢的塑韧性提升,并改善疲劳性能。

18CrNiMo7-6渗碳钢磁场深冷处理工艺研究

风电、高铁等高端齿轮产品工作环境比较复杂、恶劣,对齿面硬度及韧性要求高,一旦发生损伤,维修成本高。针对这一现状,对18CrNiMo7-6渗碳钢设计磁场深冷处理正交试验方案,选择最优工艺组进行洛氏硬度检测,并采用光学显微镜观察其显微组织与晶粒度。与常规热处理结果进行对比,探索磁场深冷处理对18CrNiMo7-6渗碳钢冲击韧性、硬度及微观组织的影响。结果表明,磁场深冷处理后的冲击韧性和硬度均有所提升。最优工艺参数为磁场强度为1 T,且不进行交变处理、深冷温度为-190℃、保冷时间为16 h、降温速率为2℃/min,其冲击韧性比常规热处理提高38.07%,洛氏硬度值提高9.49%。微观组织分析表明,磁场深冷处理能促进试样组织中残余奥氏体转变,并细化晶粒。

18CrNiMo7-6钢静态CCT曲线测定与组织分析

利用Gleeble-3800热模拟机对0.1~30℃/s冷却速度下18CrNiMo7-6风电钢连续冷却膨胀曲线进行测试。结合金相-硬度法绘制了18CrNiMo7-6风电钢静态连续冷却转变曲线(CCT曲线),分析了不同冷却速率条件下18CrNiMo7-6风电钢组织转变规律。实验结果表明,18CrNiMo7-6风电钢奥氏体相变点Ac1相变温度为765℃,Ac3相变温度843℃。当冷却速度小于0.5℃/s时,试验钢组织为铁素体和珠光体,发生高温相变;冷却速度0.5~1℃/s时,试验钢中铁素体逐渐减少,开始出现板条状马氏体组织;冷速大于2℃/s时,试验钢组织主要为贝氏体及马氏体,同时发生中温相变和低温相变;随冷速增加钢中贝氏体组织含量减少,马氏体组织含量增多;冷速大于20℃/s,组织全部为马氏体,只发生低温相变;冷速由0.1℃/s增加至30℃/s过程中,风电钢试样硬度逐渐增加。

二次淬火对18CrNiMo7-6组织和性能的影响

研究了两组不同的热处理工艺(一次淬火+低温回火和二次淬火+低温回火)对18CrNiMo7-6钢组织和低温冲击韧性的影响。结果表明:一次淬火处理的钢样组织为马氏体+少量残余奥氏体,二次淬火处理的钢样组织主要为马氏体+残余奥氏体+细小铁素体,铁素体的存在有利于韧性的提高。二次淬火处理后的钢样晶粒尺寸比一次淬火钢样的更加细小、均匀,经过二次淬火处理的钢样在-20℃下表现出更好的冲击韧性。

18CrNiMo7-6喷丸件磨削表面完整性研究

通过对比磨削试验研究了渗碳钢喷丸件的磨削表面完整性,包括表面粗糙度和形貌、表面成分、金相组织、显微硬度和残余应力。结果表明,在研究涉及的工艺条件范围内,喷丸件磨削后表层的残余压应力相比未经喷丸的零件提升30%以上,达到表面-907 MPa的水平,显微硬度也略有增加。磨削速度和径向进给速度对表面粗糙度存在显著影响,影响程度相近,工件转速则影响不大。磨削表面无明显的材料黏附和涂覆现象。即便未发生磨削烧伤,表面仍存在一定氧化,形成金属氧化物等。更为优异的磨削表面完整性为疲劳寿命的提升提供了有力支撑。

18CrNiMo7-6钢渗碳层摩擦磨损行为研究

利用环-块摩擦磨损试验机,在干摩擦条件下研究了18Cr Ni Mo7-6钢渗碳层摩擦磨损行为,用扫描电镜对磨损表面形貌进行观察。试验结果表明,在490 N的接触载荷和大滑移距离的试验条件下,18Cr Ni Mo7-6钢制备的块状试样渗碳层的磨损经历了快速磨损和稳定磨损两个阶段,且在两个阶段中渗碳层的磨损量和磨损深度随滑移距离的增加而线性增加。在快速磨损阶段渗碳层磨损机制以磨粒磨损为主;在稳定磨损阶段则以粘着磨损为主。

18CrNiMo7-6钢圆柱试件淬火过程数值模拟

采用有限元分析方法,利用SYSWELD软件模拟18CrNiMo7-6钢圆柱试件渗碳及淬火过程,并分析其渗碳场、温度场及硬度的变化规律和分布状态。模拟结果表明,渗碳过程中,圆柱试件外表面含碳质量分数先增大后减小,而心部含碳质量分数基本保持不变;淬火过程中,圆柱试件截面沿径向温差先增大后减小,冷却到9.8 s时,温差最大,为293℃;冷却到12.0 s时,外表面处率先发生马氏体转变;冷却到47.2 s时,圆柱试件心部温度为281℃,整个试件几乎都完成马氏体转变;圆柱试件硬度值沿径向从外表面向心部逐渐递减,很符合18CrNiMo7-6钢热处理后的性能。

三维表面粗糙度对18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳寿命的影响

目的探究固定载荷下三维表面粗糙度Sa对18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳寿命的影响。方法通过砂纸研磨制备不同表面粗糙度及纹理方向的18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试样,测量所有试样的表面粗糙度参数Sa及三维表面形貌参数Sq、Sz、Ssk、Sku。对试样进行旋转弯曲疲劳试验,分析疲劳寿命。结果在相同或相近粗糙度的情况下,轴向纹理疲劳试样疲劳寿命大于周向纹理疲劳试样疲劳寿命。相同纹理方向的情况下,表面三维粗糙度Sa越低,试样疲劳寿命越高。试样疲劳寿命次数与表面粗糙度参数Sa及三维表面形貌参数Sq、Sz、Ssk、Sku均有明显的相关性。结论对于18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试样,拥有平行于疲劳应力的机械加工纹理比垂直于疲劳应力的机械加工纹理具有更小的危害性。降低18CrNiMo7-6试样表面粗糙度,能够有效提高试样旋转弯曲疲劳寿命。纹理方向平行于疲劳应力方向的试样,表面偏斜度Ssk对零件疲劳寿命影响不明显。

硬态车削工艺对18CrNiMo7-6钢表层硬度及微观组织的影响

为了探究18CrNiMo7-6钢硬态车削工艺参数对加工硬化及金相组织的影响,采用PCBN刀具对18CrNiMo7-6钢漏斗形疲劳试样硬态车削圆弧段时的主轴转速n、背吃刀量a_(p)和进给速度v_(f)进行了单因素实验研究。运用显微硬度计和超景深三维显微系统表征了试样在不同工艺条件下的表层硬度、加工硬化影响深度及微观组织。研究结果表明:硬态车削为漏斗形疲劳试样的圆弧段造成了一定的加工硬化,硬化影响层深度为120~200μm,加工硬化程度为4.31%~8.27%。在试验条件下,随着n的增大,试样的硬化程度先增大后减小,硬化影响层深变化不大;随着a_(p)增大,试样的硬化影响层深和硬化程度都逐渐增大;v_(f)对试样的加工硬化程度先增大后减小,对硬化影响层深没有明显规律;随着径向深度的增加,试样金相组织发生变化,且硬度值逐渐下降,车削工艺参数对试样表层金相组织的影响很小;当n、a_(p)及v_(f)分别为1 200 r/min、0.15 mm、 50 mm/min时,试样表层出现软化现象,高碳马氏体转化为硬度较低的回火屈氏体。该研究为18CrNiMo7-6淬硬钢的硬态车削工艺制定提供了参考依据。

60t LF-VD精炼过程18CrNiMo7-6齿轮钢夹杂物的演变

18CrNiMo7-6钢（/%：0.17C,0.57Mn,0.24Si,0.012P,0.003S,1.70Cr,1.49Ni,0.28Mo）的冶金流程为60 t EAF-LF-VD-2.1 t铸锭。取样分析了EAF铝锭预脱氧,LF铝粒和碳化硅混合脱氧剂扩散脱氧（LF初渣成分/%：57～60CaO,20.5～22.0Al_2O_3,9.9～11.3SiO_2,8.8～10.6MgO,0.7～1.1FeO,0.7～0.9MnO）,VD后和软吹后钢中夹杂物数量、尺寸和组成的变化。结果表明,精炼过程1～10μm夹杂物数量降低16.67%,〉10μm夹杂物数量降低50%,≥30μm夹杂物基本去除;精炼过程中生成的夹杂主要为镁铝钙的复合夹杂物和CaS,MgS,MnS等硫化物;成品材中主要为Mg-Al的氧化物夹杂,硫化物以MgS为主,有少量MnS、CaS。应进一步优化冶炼工艺,控制中小型夹杂物的形成。

磁力研磨18CrNiMo7-6钢V型缺口试样工艺试验研究

针对一些有V形槽的重要零件,其槽内底部表面粗糙度难以提高的问题。采用磁力研磨的方法对材料为18CrNiMo7-6的V形缺口工件缺口底部进行光整加工,以获得理想的光滑表面。实验利用正交试验方法设计混合正交试验表,研究碳化硅粒度、铁粉粒度、磁场强度、工件周向转速等工艺参数对改善表面质量的影响。通过极差分析了解各因素对最终表面粗糙度的影响规律,找出影响表面粗糙度的主要因素。试验数据分析表明,碳化硅粒度和铁粉粒度对提高表面粗糙度有显著影响;在SiC粒度为400#、铁粉粒度为180#、磁场强度为0.6 T、工件转速为600 rpm的条件下,获得的表面粗糙度值降低至0.035μm。

正火冷却速度对18CrNiMo7-6齿轮钢组织和硬度的影响

18CrNiM07-6钢(/%:0.17C、0.59Mn、0.24Si、1.56Ni、1.71Cr、0.28Mo)为表面硬化齿轮钢要求正火后钢的组织为铁素体+珠光体和较低的HB硬度值。18CrNiM07-6钢连续冷却后易得到高硬度的贝氏体组织。通过实验室高温箱式电阻炉试验表明,870～900℃1 h-640～660℃4 h炉冷至300℃,空冷,该钢的组织为铁素体+珠光体+贝氏体组织,HB硬度值为340～350;而870～900℃1 h,30℃/h至640～660℃,炉冷至300℃,空冷,该钢的组织为铁素体+珠光体,HB硬度值为190～210:生产试验表明,30 tΦ180 mm 18CrNiM07-6钢锻材经900℃10 h,≤30℃/h至650℃25 h,30℃/h至500℃空冷,可获得铁素体+珠光体组织。

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。

渗碳热处理后18CrNiMo7–6合金钢表面变质层J–C损伤失效参数研究

合金钢在经过渗碳热处理后会在表面形成变质层。在表面变质层内,材料的力学性能沿深度方向发生变化。针对渗碳热处理后的18CrNiMo7-6合金钢的表面变质层,提出了确定Johnson-Cook损伤参数分层测试方法。通过对材料变质层进行分层线切割,得到不同变质层深度下的薄板试样;为获得不同应力三轴度下的拉伸结果,预制了不同断裂方向的拉伸剪切试样,通过试验与仿真相结合的方法,确定了考虑应变累积效应的应力三轴度并测定了材料失效应变与应力三轴度的关系;采用宽脉冲拉伸系统测定了拉伸试样的失效应变与应变率的关系。研究结果表明,同一层材料的失效应变随应力三轴度的增大而减小,在同一应力三轴度水平下,失效应变随层深增大而增大;不同层深处的试样均具有明显的应变率弱化效应,且在同一应变率水平下,失效应变随层深增大而增大;基于测量参数的拉伸过程数值仿真与试验数据的对比验证了所测定参数的准确性。