F48MnV钢磨削强化机理研究

论文摘要

表面磨削淬火技术是利用磨削热将工件表层瞬间加热到奥氏体相变温度以上,以大于马氏体相变开始的临界淬火冷却速度急速冷却,使工件表层发生马氏体相变,达到淬硬目的。它把磨削加工与表面淬火结合起来集成于一体——利用磨削热直接对工件表面进行表面淬火,使工件达到或超过感应表面淬火工艺下的性能指标,节能、高效、环保,非常有前景。本文以汽车曲轴用钢F48MnV为研究对象,根据磨削淬火技术工艺已有的研究成果制定了磨削试验方案,开展了以下试验工作:热膨胀仪测定F48MnV的奥氏体转变温度,普通淬火试验,F48MnV-镍铬热电偶的标定,磨削力与工件表面磨削温度的测量、金相实验、扫描电镜实验、透射电镜实验等研究工作。从工件表面磨削温度的特征和固体相变原理上,深入地研究了磨削淬火工艺中的相变强化机理。研究结果表明,表面磨削强化工艺可获得HK700以上的高硬度淬硬层,最大淬硬层深达1.2mm以上。磨削热能量密度很高约106～108 W/cm2,工件表面升温和降温速率极快在～104℃/s量级。奥氏体区间非常窄,仅为零点几秒,奥氏体转变不完全,有部分铁素体未溶解,马氏体相变开始温度降低。磨削淬火形成的马氏体组织非常细小,光学显微镜下其金相组织为隐针马氏体,沿晶界等缺陷密度高的位置有自回火现象,呈时效强化。表层组织因受切向磨削力作用而拉长变形;淬硬层内由于马氏体相变为体积增大的相变,使得与基体交界处晶粒亦受拉应力作用有伸长变形。经透射电镜观察,磨削淬火马氏体内为大量孪晶亚结构,孪晶亚结构中有高密度的位错,且马氏体组织细小,呈现板条马氏体向片状马氏体转变趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 磨削淬火技术特点
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 磨削工况条件对淬硬层厚度的影响
• 1.3.2 磨削淬硬层的显微硬度
• 1.3.3 磨削淬硬层的残余应力
• 1.3.4 磨削淬硬层的显微组织
• 1.3.5 磨削淬硬层的摩擦磨损性能
• 1.3.6 磨削淬硬层的抗疲劳性能
• 1.4 存在的问题
• 1.5 本课题主要工作
• 第二章 F48MnV 钢磨削淬火工艺试验
• 2.1 磨削淬火试验条件
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 磨床和砂轮
• 2.1.3 砂轮的静平衡和修整
• 2.2 试验研究
• 2.2.1 热膨胀法测定48MnV 的As 点温度
• 2.2.2 普通淬火试验
• 2.2.3 磨削淬火试验
• 2.2.4 磨削力和磨削温度测量
• 2.3 本章小结
• 第三章 磨削强化效果分析
• 3.1 磨削淬硬层硬度和深度
• 3.1.1 显微硬度试验
• 3.1.2 淬硬层硬度与厚度
• 3.2 磨削淬硬层金相组织
• 3.2.1 金相试样制备
• 3.2.2 金相组织特征
• 3.3 本章小结
• 第四章 F48MnV 钢磨削淬火中的相变强化机制
• 4.1 磨削淬火工艺中的温度特征
• 4.1.1 磨削弧区的热流密度
• 4.1.2 工件表面的磨削温度及温度变化
• 4.1.3 工件表面的温度变化速率
• 4.2 磨削淬火中的奥氏体转变
• 4.2.1 奥氏体的形成过程
• 4.2.2 奥氏体成分的均匀性
• 4.2.3 奥氏体晶粒的大小
• 4.3 过冷奥氏体的马氏体转变
• 4.3.1 马氏体显微组织与强度
• 4.3.2 马氏体相变开始转变点Ms 温度
• 4.3.3 磨削淬火中的Ms 温度变化与马氏体孪晶化
• 4.3.4 磨削淬火中马氏体的晶粒细化
• 4.3.5 F48MnV 磨削淬火的马氏体强化机制
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 本文的主要结论与研究成果
• 5.2 有待进一步完善的工作构想
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文