精密機(jī)床軸承是支撐主軸高速旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵零部件,軸承套圈在長期存放和服役過程中,由于殘余奧氏體和馬氏體等亞穩(wěn)組織轉(zhuǎn)變,將導(dǎo)致其尺寸精度的變化,嚴(yán)重影響軸承壽命,因此有必要對其組織演變和尺寸變化規(guī)律進(jìn)行研究。對精密機(jī)床軸承基體材料在溫度場下的組織轉(zhuǎn)變動力學(xué)和組織演化規(guī)律進(jìn)行了研究。通過DSC數(shù)據(jù)計算得到了殘余奧氏體分解和碳化物轉(zhuǎn)變的激活能,分別為109.4 kJ/mol和179.4 kJ/mol,建立了不同等溫條件下的組織轉(zhuǎn)變動力學(xué)模型,并表明提高時效溫度可以加速組織轉(zhuǎn)變。不同溫度下(140、160、180℃)的時效實驗結(jié)果證明了模型的準(zhǔn)確性和可靠性,表明提高溫度不僅能促進(jìn)殘余奧氏體分解,還會使其相內(nèi)碳濃度升高,提高其熱穩(wěn)定性;同時碳化物會以過渡碳化物-亞穩(wěn)碳化物-滲碳體這樣的方式來進(jìn)行轉(zhuǎn)變,它們的含量、大小和分布等都會發(fā)生變化,并影響材料的性能指標(biāo),使洛氏硬度在時效過程中逐漸下降。對精密機(jī)床軸承基體材料在熱力場下的時效動力學(xué)和組織演化規(guī)律進(jìn)行了研究。熱膨脹曲線表明拉應(yīng)力會影響殘余奧氏體分解和碳化物轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)間,加速整個時效過程;通過進(jìn)一步計算,得到了它們在40MPa拉應(yīng)力下轉(zhuǎn)變的激活能分別為121.5 kJ/mol和94.7 kJ/mol,并建立了應(yīng)力時效動力學(xué)方程;通過與溫度場下的組織轉(zhuǎn)變激活能對比,表明拉應(yīng)力能略微提高殘余奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定性,并大幅促進(jìn)碳化物轉(zhuǎn)變。不同應(yīng)力下(0、20、40MPa)連續(xù)升溫至300℃實驗和溫度-應(yīng)力耦合時效實驗的結(jié)果也表明,應(yīng)力能使殘余奧氏體的相內(nèi)碳含量略有提高,并在時效初期使碳化物析出更加均勻,碳化物的平均直徑更小,小顆粒占比也更多。在組織轉(zhuǎn)變動力學(xué)的基礎(chǔ)上,建立了組織演變與尺寸變化之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制,即尺寸變化預(yù)測模型。殘余奧氏體分解引起的尺寸增大和碳化物轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的尺寸縮小,將共同決定時效過程中的尺寸變化。模型充分考慮了組織轉(zhuǎn)變動力學(xué)、碳濃度變化、碳化物轉(zhuǎn)變的來源等多方面因素,比傳統(tǒng)的預(yù)測方法更加準(zhǔn)確,也得到了文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及實驗數(shù)據(jù)對模型的理論和實驗驗證。模型能較好的對尺寸變化的大小和趨勢進(jìn)行預(yù)測,從而能為軸承套圈的精度控制提供理論指導(dǎo)。
【學(xué)位單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG502
【部分圖文】：

武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文SC 的實驗原理主要是利用了樣品在反應(yīng)過程中明顯的吸熱或者放器的簡單原理圖如圖 2-1 所示。樣品和參比物在相同的實驗條件下降溫，樣品由于發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變或結(jié)晶等化學(xué)反應(yīng)，會出現(xiàn)吸熱或物通常是空白坩堝或者不會產(chǎn)生熱效應(yīng)的物質(zhì)，因此它們之間就 ΔT。當(dāng)儀器通過相應(yīng)的放大電路實時檢測到溫度差 ΔT，就會立刻熱電流和功率，從而對熱量進(jìn)行補償，使溫度差 ΔT 平衡，這也是率補償型的原因。通過改變電流和功率而得到的熱量補償，被記錄變化關(guān)系，即 DSC 曲線。

圖 2-2 Gleeble3500 熱模擬試驗機(jī)溫度-應(yīng)力耦合時效實驗要實現(xiàn)溫度-應(yīng)力耦合加載的實驗條件，然而目前還沒有專門用于應(yīng)力時效的實驗裝置和設(shè)備。常用的溫控恒溫箱僅能提供溫度場，可進(jìn)行人工時效，卻難以將應(yīng)力加載裝置放入其中進(jìn)行應(yīng)力時效；帶恒溫箱的電子萬能試驗機(jī)可以同時進(jìn)行溫度-應(yīng)力加載，但它通常用于高溫拉伸實驗，長時間的應(yīng)力時效實驗會損壞試驗機(jī)；而最滿足應(yīng)力時效條件的高溫蠕變試驗機(jī)，多用于材料的蠕變性能測試，很少用于材料的時效處理實驗，而且該設(shè)備價值昂貴、占地面積大、實驗成本高。因此自行設(shè)計了一種溫度-應(yīng)力耦合時效的實驗裝置，利用它可以對時效過程中溫度的高低、應(yīng)力的大小等影響因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。它能夠?qū)崿F(xiàn)的最大拉應(yīng)力載荷為 80 MPa，最高溫度可達(dá) 400 ℃，可以基本滿足不同條件下的溫度-應(yīng)力耦合時效實驗，并以此來研究材料在應(yīng)力時效過程中的組織演變。其設(shè)計裝配圖以及實物圖如圖 2-3 所示。

圖 2-2 Gleeble3500 熱模擬試驗機(jī)溫度-應(yīng)力耦合時效實驗要實現(xiàn)溫度-應(yīng)力耦合加載的實驗條件，然而目前還沒有專門用于應(yīng)力時效的實驗裝置和設(shè)備。常用的溫控恒溫箱僅能提供溫度場，可進(jìn)行人工時效，卻難以將應(yīng)力加載裝置放入其中進(jìn)行應(yīng)力時效；帶恒溫箱的電子萬能試驗機(jī)可以同時進(jìn)行溫度-應(yīng)力加載，但它通常用于高溫拉伸實驗，長時間的應(yīng)力時效實驗會損壞試驗機(jī)；而最滿足應(yīng)力時效條件的高溫蠕變試驗機(jī)，多用于材料的蠕變性能測試，很少用于材料的時效處理實驗，而且該設(shè)備價值昂貴、占地面積大、實驗成本高。因此自行設(shè)計了一種溫度-應(yīng)力耦合時效的實驗裝置，利用它可以對時效過程中溫度的高低、應(yīng)力的大小等影響因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。它能夠?qū)崿F(xiàn)的最大拉應(yīng)力載荷為 80 MPa，最高溫度可達(dá) 400 ℃，可以基本滿足不同條件下的溫度-應(yīng)力耦合時效實驗，并以此來研究材料在應(yīng)力時效過程中的組織演變。其設(shè)計裝配圖以及實物圖如圖 2-3 所示。

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本文編號：2830322