磨削加工硬化

《磨削加工硬化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磨削加工硬化（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、65Mn钢磨削硬化层组织的研究摘要在普通平面磨床上对65Mn钢进行磨削硬化，研究其硬化层组织及变化规律，结果表明： 磨削硬化层由完全硬化区和过渡区组成;从表面到里层，组织形貌呈现细到粗到细的变化规律 关键词：65Mn磨削硬化变化规律磨削硬化是利用缓进磨削过程中产生的热、机械复合作用直接对非淬硬钢进行表面淬火 的新工艺。该工艺可望有效地解决目前机械制造过程中存在的以下三个问题(1) 现有的表面热处理工艺难以集成到机械加工生产线中，严重影响和制约自动化加工技术 的提咼；(2) 零件加工工序较多，设备与人员的投入较大，资源与能源浪费，以及热处理设备排放物对 生态环境的污染；(3) 淬硬钢在磨削加工中

2、因热、机械复合作用而在表面引起的裂纹、烧伤等缺陷。因而磨 削硬化在金属材料表面改性领域中具有十分广阔的应用前景。本文在对65Mn钢进行磨削硬化的基础上，利用扫描电镜和X射线衍射仪详细研究了其 硬化层组织,并从热-力耦合作用的角度，深入分析了 65Mn钢磨削硬化层组织的形成及其在不 同磨削条件下的变化规律。1试验条件与方法试验材料选用调质态和退火态65Mn钢，其化学成分见表1。调质处理工艺为830e油 淬,480e回火，保温2h;调质后组织为回火索氏体，见图1表1 65Mn钢化学成分元素(:SiM itSP质试介数(0. 66().231. )0)16().021磨削硬化试验在M7130型普通平

3、面磨床进行。试验所采用的磨削工艺条件见表2。表2磨削工艺条件砂轮刚1磨削速度in/s)26磨削深度apfmin)。亠L 0进给速度磨削方式幼人式逆磨冷却方式干磨、湿磨乳化液)磨削硬化后，将试件沿磨削硬化层深度方向切取试样，经Simplimet试样镶嵌机镶嵌后研磨抛 光,制成金相试样。在HVS-1000型数字显微硬度计上，从距表面0.11mm深度处开始至试样 基体为止，每次移动0.11mm分别测量硬化层不同深度处的压痕对角线值，并通过硬度计的数 字显示屏获取测点显微硬度值;测量用载荷419N,加载时间15s,测取四点数据取平均值。然后 用4%硝酸酒精溶液腐蚀,在JXA-840A型扫描电镜上观察硬

4、化层显微组织；并用NikonEPIPHOT 300型金相显微镜测量硬化层厚度。用电火花线切割机截取试样，宽度等于磨削宽 度,厚度为012mm;在D/MAX-rA型X射线衍射仪上进行物相分析，试验参数:管流150mA、 管压50kV扫描速度10b/min。2试验结果2.1硬化层组织根据磨削温度场的分布规律，磨削硬化层组织由表及里依次可分为完全硬化区和过渡区 (见图2)。图2硬化层低倍组织形貌2.1.1完全硬化区(a)表面层(b)中间层(c)里层图3完全硬化区组织形貌图3是完全硬化区的组织形貌。根据其随深度增加而变化的特征，可分为表面层、中间 层和里层等三层。由图可知,表面层是细小均匀的针状马氏体

5、;中间层是略微粗大的针状马氏 体、残余奥氏体和少量点状碳化物;里层是比表面层更加细小的针状马氏体、残余奥氏体和 少量点状碳化物。由此可知，从表面层到里层，完全硬化区的组织形貌呈现出由细到粗到细的 变化规律。2.1.2过渡区图4是过渡区的组织形貌。该区由均匀细小针状马氏体和回火索氏体组成。该区受表层 向基体传热的影响，温度处于Ac1Ac3之间而部分奥氏体化，并因基体的迅速吸热而快速冷 却,从而形成了上述混合组织;与完全硬化区相比，其针状马氏体更为细小。在与基体交界处的过渡区底部，其加热温度刚过Ac1点且加热速度较低，因而形成了由颗 粒状奥氏体Cg的转变产物组成的细晶层(见图4b)。干磨时，该层约

6、1040Lm厚;湿磨时由于 温度梯度增大，该层较为狭窄。在扫描电镜下，通过对硬化层组织的大量视场观察发现，马氏体 组织形貌均呈现由细到粗到细的变化规律，而且在不同磨削工艺条件下，显微组织无明显变 化。但是，随着磨削深度增加，硬化层及其完全硬化区深度增加;与退火态相比，调质态的完全硬 化区深度增加近1倍;而干磨时完全硬化区深度则比湿磨时增加1倍以上。(a)过渡区中部(b)过渡区底部图4过渡区组织形貌2.2硬化层显微硬度图5是硬化层显微硬度的变化曲线。根据其变化规律，也可分成三个不同区域，分别对应 完全硬化区、过渡区和基体。完全硬化区具有相同的高硬度比常规淬火提高10HRC以上; 与基体硬度相比，

7、分别提高1.2倍和2.2倍;磨削工艺条件对其硬度值无显著影响。在过渡区, 由于马氏体含量的逐渐减少，显微硬度值呈下降趋势，硬度差高达450560HV。I.调质t湿磨：1. Omm 2.退火一十磨：戸0.6mm二调质t湿磨.a p- 0. 6mm 4.调质：干磨，理p= 1. Om in图5硬化层显微硬度变化曲线3分析与讨论3.1热-力耦合作用磨削硬化是利用磨削过程中产生的热量，使非淬硬钢局部表层快速升温，达到Ac3温度以 上而奥氏体化;并依靠磨削力引起的应力-应变场使奥氏体晶粒产生形变，然后通过工件基体 的高热导率快速冷却，实现自淬火的过程。在磨削硬化过程中，按照磨削温度场分布，从表面到 里层

8、，奥氏体晶粒逐渐细化;按照磨削力引起的应力-应变场分布，从表面到里层,奥氏体晶粒程 度及位错密度逐渐降低。因此，磨削硬化过程中奥氏体晶粒度大小及其位错密度是温度场和 应力-应变场，即热-力耦合作用的结果，并将直接影响转变后的马氏体组织形貌。3.2硬化层组织的形成对于钢的短时淬火而言（以传导热和足够的过热为先决条件），在给定的自淬火条件下，淬 火组织仅与奥氏体的状态有关。在表面层，由于形变的影响超过了加热温度的影响，从而使奥 氏体晶粒产生大量亚晶界和较高密度的位错;在砂轮移过后的快速冷却过程中,为马氏体的转 变提供了更多的形核位置,并使马氏体长大受限，最终形成了细小的针状马氏体组织。在中间 层,

9、加热温度仍处于较高水平,但因应变量急剧减小，亚晶界及奥氏体晶粒内部位错密度相应 降低。综合作用的结果导致形成的针状马氏体组织略微粗大。在距表面更深的里层（包括过 渡区），由于应变量极小或无应变作用，奥氏体晶粒度大小仅与加热温度有关。虽然该区域加热 温度低，但仍处于Ac3（Ac1）以上,因而形成的马氏体组织更为细小。3.3磨削条件的影响磨削条件不同，磨削温度场和应力-应变场的分布随之变化,硬化层及其完全硬化区深度 也不同。在其他磨削工艺条件相同时,随着磨削深度的增加，砂轮-工件接触时间延长，一方面 使加热温度升高，奥氏体晶粒长大;但另一方面却造成奥氏体晶粒的残余应变累积增大，奥氏 体晶粒程度和位

10、错密度相应提高。两方面因素综合作用的结果,使不同磨削深度条件下的马 氏体组织变化不明显。与干磨相比，湿磨时由于乳化液的冷却、润滑与冲洗作用，磨削力较小，形变的影响较小, 但加热温度较低,奥氏体晶粒不易长大，从而使转变后的马氏体组织与干磨相比，无显著变化。 材料的硬度越高，磨削力和磨削热量越大，这是铁碳合金材料磨削加工的一般规律。在其他磨 削工艺条件相同时，与调质态相比,退火态试样磨削力小、磨削热量少，试样表面温度低,且在快速加热时其完全奥氏体化的温度升高，因此，奥氏体形成后的加热温度较低，晶粒不容易长大, 最终形成了与调质态试样无明显差别的马氏体组织。参考文献【1 】Brinksmeier E

11、, Brockhoff T. Randschicht-W&arm-ebehand lung Dursh Schleifen. H&arterei -Techn. -Mitt.,1994,49(5):327330【2】Groseb J,Kocjancic B.钢的短时淬火的研究.严茂芳译.见:中国机械工程学会热处理学会 编第三届国际材料热处理大会论文选集.北京:机械工业出版社,1983:6469【3】 Zarudi I, Zhang L C. Modeling the Structure Changes in Quenchable Steel Subjected to Grinding. Journal of Materials Science, 2002,37(20):43334341【4】刘菊东，王贵成磨削淬硬工艺的研究现状与发展趋势.现代制造工程,2003(11):8183