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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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Cu层厚度为1.0mm,激光功率在TA2侧为2.7KW、40Cr钢侧为2.5KW时强度 ,达到了311MPa。添加中间过渡层一方面可缓解焊接应力,另一方面可有效阻止Ti和Fe元素的结合,避免形成Fe-Ti间脆性化合物,因而可提高接头强度。在一定范围内改变离焦量和偏移量,对接头强度也有一定影响。采用0.5mmV/1mmCu的复合过渡层,激光功率在TA2侧为2.7KW、40Cr钢侧为2.5KW,离焦量为-1.0mm时强度 ,为313MPa;在离焦量为0,其他条件相同的情况下,改变偏移量接头强度都有不同程度的下降,当偏移量为0.30mm时强度 为252MPa。
接头的硬度分布波动很大。硬度 处位于40Cr钢侧熔合线附近的热影响区, 达800HV0.3左右;其次是第二道焊缝中心处,大约为450~550HV0.3; 的是原V/Cu接触面处,仅为50HV0.3左右;此外,40Cr钢热影响区中的软化区也是硬度偏低的区域。TA2与40Cr钢焊接温度场与应力场模拟结果表明,激光焊过程中温度上升、下降速率非常快,焊缝凝固过程为极端非平衡过程。 纵向残余拉应力和横向残余拉应力均位于40Cr侧的Cu/40Cr钢焊缝中。当复合过渡层中的Cu层厚度为1mm,而V层厚度由0.3mm增至0.7mm时, 纵向残余拉应力和横向残余拉应力均有明显的下降,因而,在本课题的试验条件下,采用0.7mmV/1.0mm
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.
分别以淬火和正火为预处理工艺,研究了不同原始组织条件下,40Cr钢亚温淬火后的强度和硬度,并进行了组织分析。结果表明,预处理影响40Cr钢亚温淬火组织中马氏体含量和晶粒大小,从而影响其力学性能。两次淬火后该钢得到极细的马氏体组织,具有较高的强硬性,其性能优于正火态亚温淬火。亚温奥氏体逆相变淬火可提高该钢的力学性能。
研究了汽车连杆常用材料40Cr钢在不同热疲劳阶段其磁性能参数, 磁感应强度(Bmax)、剩余磁感应强度(Br)和矫顽力(Hc)的变化,并优化了外磁场强度的测量参数。结果表明:检测磁场为25A/cm时,Bmax和Br值随热疲劳循环次数的增加而单调减小,且Br曲线的变化幅度大于Bmax曲线的变化幅度,用Br能表征出材料的热疲劳状态。
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