高速干硬切削具有加工精度好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于模具、航空航天等領(lǐng)域。但是高速干硬切削加工過(guò)程中,已加工表面易形成變質(zhì)層,即“白層”。白層是一種只有幾微米厚度的脆硬組織,容易引起剝落失效和疲勞裂紋,是決定工件表面質(zhì)量的重要因素。因此,研究已加工表面白層的形成機(jī)制與影響因素有重要意義。本文以PCBN刀具切削淬硬GCr15軸承鋼(HRC60)所形成的白層為研究對(duì)象,建立了高速干硬切削有限元?jiǎng)討B(tài)仿真模型;分析了熱、力效應(yīng)對(duì)白層馬氏體體積分?jǐn)?shù)的影響;通過(guò)元胞自動(dòng)機(jī)方法,建立了表面白層元胞自動(dòng)機(jī)相變演化模型。首先,建立了高速干硬切削有限元模型,基于ABAQUS有限元分析軟件動(dòng)態(tài)仿真切削過(guò)程,通過(guò)將中低速切削實(shí)驗(yàn)測(cè)得的切削力和切削溫度與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從熱、力兩個(gè)方面驗(yàn)證了模型的可行性,并提取高速切削溫度模擬結(jié)果與奧氏體臨界相變溫度進(jìn)行對(duì)比,結(jié)合白層物相成分說(shuō)明了淬硬GCr15鋼已加工表面白層是熱主導(dǎo)的相變產(chǎn)物。然后,通過(guò)霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)得到淬硬GCr15鋼在不同溫度下的屈服強(qiáng)度,采用電子顯微探針實(shí)驗(yàn)修正了淬硬GCr15鋼主要元素摩爾分?jǐn)?shù)。根據(jù)所得淬硬GCr15鋼屈服強(qiáng)度與元素摩爾分?jǐn)?shù),結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式得到相變過(guò)程中自由能隨溫度變化的曲線,建立了切削熱作用下的淬硬GCr15鋼加工表面馬氏體臨界相變溫度計(jì)算模型�；谂R界相變溫度計(jì)算了切削熱作用下白層的理論馬氏體分?jǐn)?shù),將理論馬氏體分?jǐn)?shù)與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的白層內(nèi)馬氏體分?jǐn)?shù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明馬氏體分?jǐn)?shù)理論值高于實(shí)驗(yàn)值。白層中馬氏體分?jǐn)?shù)受切削熱、力效應(yīng)共同影響,塑性變形抑制了白層內(nèi)馬氏體相變。結(jié)合TEM實(shí)驗(yàn),分析了不同切削速度以及后刀面磨損量產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變對(duì)白層內(nèi)馬氏體相變的抑制作用。通過(guò)透射電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)得到高速干硬切削已加工表面白層TEM暗場(chǎng)照片,根據(jù)暗場(chǎng)照片測(cè)得已加工表面白層晶粒尺寸,并通過(guò)晶粒尺寸計(jì)算得到奧氏體形核數(shù)量,同時(shí)提取不同切削參數(shù)下有限元仿真得到的應(yīng)力、應(yīng)變能以及切削溫度,結(jié)合白層形成過(guò)程中的奧氏體相變與馬氏體相變特征定義了元胞自動(dòng)機(jī)演化規(guī)則,建立了二維元胞自動(dòng)機(jī)白層組織演化模型。模擬了已加工表面白層形成過(guò)程中的奧氏體相變與馬氏體相變,并應(yīng)用經(jīng)典馬氏體形核理論驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性。通過(guò)分析模擬結(jié)果得到的馬氏體形核密度變化規(guī)律,表明減小后刀面磨損量有助于提高已加工表面白層強(qiáng)度。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG506
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題的研究背景及意義
    1.2 高速干硬切削已加工表面白層研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 存在的問(wèn)題
    1.3 元胞自動(dòng)機(jī)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 存在的問(wèn)題
    1.4 論文研究目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容
        1.4.1 研究目標(biāo)
        1.4.2 研究?jī)?nèi)容
2 高速干硬切削淬硬鋼有限元模擬
    2.1 實(shí)驗(yàn)
        2.1.1 霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)
        2.1.2 霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        2.1.3 切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)
        2.1.4 切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    2.2 有限元分析軟件ABAQUS簡(jiǎn)介
    2.3 高速干硬切削有限元仿真建模
        2.3.1 高速干硬切削有限元模擬中的關(guān)鍵技術(shù)
        2.3.2 有限元模型參數(shù)
    2.4 有限元模擬結(jié)果驗(yàn)證與分析
        2.4.1 有限元模擬結(jié)果驗(yàn)證
        2.4.2 有限元模擬結(jié)果分析
    2.5 本章小結(jié)
3 熱-力耦合影響下白層馬氏體相變研究
    3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
        3.1.1 切削實(shí)驗(yàn)
        3.1.2 電子探針實(shí)驗(yàn)
        3.1.3 TEM實(shí)驗(yàn)
    3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.2.1 電子探針實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.2.2 TEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    3.3 白層馬氏體相變建模與分析
        3.3.1 切削熱作用下M_S值的推導(dǎo)
        3.3.2 熱-力效應(yīng)對(duì)白層馬氏體體積分?jǐn)?shù)的影響
    3.4 本章小結(jié)
4 白層演變過(guò)程元胞自動(dòng)機(jī)模擬
    4.1 元胞自動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介
        4.1.1 元胞自動(dòng)機(jī)構(gòu)成
        4.1.2 元胞自動(dòng)機(jī)特征
        4.1.3 元胞自動(dòng)機(jī)的分類
    4.2 元胞自動(dòng)機(jī)演化模型
        4.2.1 奧氏體相變?cè)砼c演化規(guī)則
        4.2.2 馬氏體相變?cè)砼c演化規(guī)則
    4.3 晶粒尺寸的測(cè)量
    4.4 元胞自動(dòng)機(jī)模擬結(jié)果分析
        4.4.1 元胞長(zhǎng)大形態(tài)學(xué)分析
        4.4.2 元胞模擬結(jié)果的驗(yàn)證
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2845072