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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。
对大直径花键轴的机加工工序和热处理工艺作改进,使以前花键不耐磨和抗扭矩性能差的特点得到了改善。按以往的工艺很难保证花键部分达到要求的调质组织和性能,后来采用在调质前增加粗开花键齿的方法,使齿厚预留一定的加工余量;在调质工艺改进中改换淬火介质,改油淬为水淬,控制好工艺参数,使改进后的工艺符合热处理设计要求。实践表明,改进后的工艺大大延长了花键轴的使用寿命,已运用于生产中。
使用冲击磨损试验机、扫描电镜及表面形貌仪研究冲击载荷作用下40Cr钢在海水润滑工况下的表面损伤行为。结果发现,冲击使材料表面发生了塑性变形和磨损,塑性变形存在于冲击的每一阶段;冲击凹坑深度及体积随冲击次数的增加呈增大趋势;相比干接触条件,使用海水润滑可有效抑制冲击磨损,但会对冲击凹坑表面造成一定的腐蚀,并且该腐蚀程度随载荷的增加而增强;相同冲击次数条件下,海水润滑时的冲击凹坑深度和体积大于BS05润滑油润滑时的凹坑深度和体积。
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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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