超声表面滚压工艺参数对45钢摩擦磨损性能的影响研究

超声表面滚压工艺参数对45钢摩擦磨损性能的影响研究

超声表面滚压(Ultrasonic Surface Rolling Extrusion,USRE)是一种基于弹塑性变形的新型表面强化方法,它利用超声频机械振动和静载滚压的耦合作用对加工表面处理,实现对金属材料表面质量的改善,提高材料的耐磨性能。USRE 具有主轴转速、横向进给量、静压力、输出振幅、加工次数、振动频率等众多工艺参数,在不同工艺参数下对材料加工,对其表面质量的改善必然不尽相同,从而会影响到材料性能。

本文使用豪克能HK30C型系列的超声滚压设备和普通卧式车床对调质态45钢加工处理,通过金相制样设备、金相显微镜、表面粗糙度测定仪、显微硬度测试仪和X射线粉末衍射仪对USRE试样进行了表面特性的分析。使用MMG-10型高温摩擦磨损试验机对不同静压力、输出振幅和加工次数的USRE试样进行了磨损试验,通过光学读数分析天平、相关软件及扫描电子显微镜对USRE试样磨损后的重量磨损量、摩擦因数和表面微观形貌进行了对比分析,评定了材料的耐磨性,研究得出了USRE工艺参数对调质态45钢的耐磨性能的影响。

本文的主要研究结果如下:(1)其它工艺参数一定,横向进给量越小,则材料表面粗糙度越小,表面硬度越大,表层残余压应力越大。当其它工艺参数一定时,主轴转速与横向进给量具有相似性,不过对材料表面硬度的影响不明显。

所以,在实际加工确保机床工作精度及加工效率的前提下,尽可能的选择较低的主轴转速和横向进给量。(2)其它工艺参数一定,静压力为300N时,材料磨损量和摩擦因数最低,晶粒细化程度最高、材料耐磨性能呈现最好。

静压力过小,改善材料耐磨性能的作用是甚微的。静压力过大,会降低表面特性,使材料微观组织变得宽大,从而降低材料的耐磨性。

因此,在实际加工中尽可能使静压力保持在300N左右。(3)其它工艺参数一定,输出振幅为8μm时,材料磨损量和摩擦因数最低,晶粒细化程度最高、材料耐磨性能呈现最好。

输出振幅对材料表面粗糙度和表面硬度的影响呈线性关系,而对残余应力的影响却不明显。因此,在实际加工中尽可能使输出振幅为8μm。

(4)加工次数与输出振幅对材料耐磨性的影响是相似的。加工6次的材料,其磨损量和摩擦因数、晶粒细化程度最高,耐磨性能呈现最好。

因此,在实际加工中尽可能加工6次,在提高工作效率时,可以适当降低加工次数,但最好不要少于3次。