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设计了40Cr钢的端面淬火工艺,研究了φ110 mm工件断面从表层到心部淬火后的组织,并测试了从表层到心部的硬度分布。结果表明:40Cr 淬火工艺为淬火3 min后250℃回火;按照此淬火工艺,φ110 mm工件断面淬火后淬硬层硬度为53~55 HRC,半马氏体深度为5~10 mm。在距表面深度超过15 mm后,马氏体消失,显微组织主要为片层状珠光体+先共析铁素体,硬度下降到表面硬度的1/2。
惯性径向摩擦焊接头40Cr侧金相组织也可分为三个区域:亮白区,热影响区和母材区。当压力相同时,亮白区宽度随转速增加而增加;当转速相同时,亮白区宽度随压力增加而增加。亮白区有索氏体和少量淬火马氏体。热影响区和母材区中组织为珠光体和铁素体。但热影响区晶粒尺寸比母材区小。焊缝两侧各区域平均晶粒尺寸随工艺参数改变而改变,当压力相同时,晶粒尺寸随转速先增大后降低;当转速相同时,压力较大的一组晶粒尺寸较小。(3)T2紫铜环和40Cr钢棒惯性径向摩擦焊接接头的显微硬度在界面处达到峰值。随后铜侧硬度随着远离焊缝,硬度迅速降低;钢侧硬度在远离焊缝后,下降缓慢。(4)在T2紫铜环和40Cr钢棒惯性径向摩擦焊接接头的剪切试验中,所得 剪切强度为182.8MPa,明显高于其他铜钢径向焊接工艺所达到的剪切强度。在全部十组试样中,有四组试样剪切强度大于或等于母材T2紫铜的剪切强度。同时考虑到宏微观分析中所得结论,认为 转速4500rpm、顶锻压力8MPa, 转速4800rpm、
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.
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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