纳米结构陶瓷涂层磨削表面残余应力的研究
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・
６ ・ ２
纳米 结构 陶瓷涂层磨 削表面残余应力 的研 究 术
刘 伟香 周 忠 于 ，
（． １ 湖南理 工学院 机械 学院， 南 岳阳 ４ ４０ ；． 阳市交通培训 中心 ， 湖 １００２ 岳 湖南 岳 阳 ４ ４０ １００）
摘要 ： 用金刚石砂轮对 ｎ ＷＣ １Ｃ 涂层精 密磨 削后 ， — ／２ ｏ 零件表 面存在 残余应 力， 出本 次研 究的 结论 ， 出进 一步研 究的 得 提
ＬＩ ｅｘ ａ ｇ ，ＺＨ ＯＵ ｏ ｙ Ｕ Ｗ ｉｉ ｎ Ｚｈ ｎｇ ｕ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｔｒｐ ｅ ｉｅ ｇ ｉ ｄ ｎ — Ｃ １ Ｃｏ ｃ ａｉ ｇ ｔ ｉｍｏ ｄ ｗ ｅ ｌ，ｔ ｅｅ ｉ ｒ ｓｄ ａ ｔ ｓ ｎ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ｆｐ ｒ ， ｅ ｓ ｒ ｃ ： ｆｅ ｒ ｃｓ ｒｎ ｉ ｇ ｎ Ｗ ／ ２ ｏ ｔ ｓｗｉ ｄ ａ ｎ ｈ ｅ ｎ ｈ ｈ ｒ ｓ ｅ ｉ ｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｏ ｈ ｕ ｆ ｅ ｏ ａｔ ｔ ｒ ａ ｓ ｈ
纳米结构 ＷＣ １Ｃ （ —ＷＣ １Ｃ ） ／２ｏ ｎ ／２ ｏ 涂层材料是近年
磨损性能 、 表面硬度 、 断裂强度 、 疲劳强度 、 腐蚀强度都有
影响。
来国内外迅速发展的一种新型工程材料 ， 良的性能使 其优
其在工程上有着』 泛的应用前景。然而正 由于它的高硬
度和 良好 的耐磨 性使 其很 难加 工 ， 采用金 刚石 砂 轮 的磨 削 加工 是纳 米结 构 ＷＣ １Ｃ 涂 层 的 主要 加 工 方法 ， ／２ ｏ 由于磨
如何降低磨削表面残余应力 ， 提高零件表面质量 ， 提高其 使用可靠性和寿命 ， 着重要的意义。 有
面残余应力 的影响最大 ， 切削应力对残余应 力的影 响
最小 ， 磨削热趋 向于在工件表面产生残余拉应力 ， 的影 它
响仅 次于 挤压应 力 。
４ ）磨削深度的选择对表面残余应力的影 响很大 ， 不 管是在垂直磨削方向还是平行磨削方向， 在小磨削深度范
ｐ ｐ ｒｄ ａ ｎ ｃ ｎ ｌｓ ｎ ｂ ｕ ｈｓｓｕ ｙ ｉ ｐ ｉｔｄｏ ｔｔｅ ｃｎｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ｔｄ ，ｈ ｉｅｔ ｎ ｏ ｒｈ ｒｓ ｄ ｓｐｏｐ ｃｅ ｎ ａ ｅ ｒｗ ｏ ｃｕ ｉ ｓａ ｏ ｔｔｉ ｔｄ ，ｔ ｏｎｅ ｕ ｈ ｏ ｔｎｓ ｆｆ ｔ ｒｓｕ ｙ ｔｅ ｄｒｃｉ ｆｆ ｔｅ ｔ ｙｗａ ｒｓｅ ｔｄ ｉ ｏ ｕ ｈ ｏ ａ ｕ
２ 磨削表面残余应力值的大小及性质对零件 的表面 ）
１ 本 次研 究结 论
本次研究基于 目前国内外普遍采用 的卧式平面磨削 方式 ， 在低 碳钢基 体 经趟 音速 火焰 喷 涂纳 米结 构 对
围内， 磨削表面残余压应力随着磨 削深度的增加 而增加 ， 但随着磨削深度 的继续 增加， 残余压应力增加 的趋势 变
缓。
ＷＣ １ ｏ ／ ２ 涂层材料 的试件进行 磨 削， Ｃ 采用德 国 ＳＭ Ｎ ＩＥ Ｓ
ｔ ｉ ｓｕ ｙ ｔ ｏ ｈ ｓ ｔ ｄ ｏ ．
．
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ａ ｏ ｔｕ ｕ ｅ ｅ＇ ｎｉ ｏ ｔｎ ｓ；ｇ ｉ ｉ ｇ；Ｓ ￣ｉｅ ｒ ｓｄ ｌｓｒ ｓｅ ｎ ｎ ｓｉ ｃｔｒ ｄ ｃ ｌ ＇ ａｌ ｃ ｃ ａｉ ｇ ｒｎｄ ｎ ＵＦ ｃ ｅ ｉ ｕａ ｔｅ ｓ ｓ；ｒ ｓ ａ ｃ ｏ ｐ ｃ ｓ ｅ ｅ ｒ ｈ ｐｒ ｓ ｅ ｔ
内容 ， ４－ 的研 究 方 向进 行 展 望 。 对 － ， ａ
关键词 ： 纳米结构陶瓷涂层 磨 削 表 面残余应 力 研 究展 望 中图分 类号 ：Ｈ１１ Ｔ ６ 文献标识码 ： 文章编号 ：０２— ８６ ２ １ ）ｓ一 ０２— ３ Ａ １０ ６８ （０ １ ｏ ０６ ０
Ｒｅｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｓ ｅ ｔ ｎ Ｇｒｎ ｉ ｇ Ｓ ｆｃ ｓｄ ａ ｔｅｓ ｓｆ ｒ Ｎａ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｄ Ｃｅ ａ ｉ ａ ｉｇ ｓａ ｃ ｏ ｐ ｃｓｏ ｉｄ ｎ ｕｒａ ｅ Ｒｅ ｉ ｕ ｌＳ ｒ ｓｅ ｏ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｒ ｍ ｃ Ｃｏ ｔ ｓ ｎ
３ 残余应力的产生机理是磨粒刃作用引起 的机械应 ）
力（ 分为挤压应力 和切 削应力 ） 和热 应力 的综 合作用效
应 ， 三种应 力 中 ， 压应 力产 生残余 压 应力 ， 磨 削 表 在这 挤 对
削过程中引入了残余应 力， 使零件磨削表 面存 在残余应 力， 而残余应力是引起零件表面裂纹的主要原因。因此 ，
Ｄ ００型 ｘ射线衍射仪测试磨削后平行 、 ５０ 垂直磨削方向的 残余应力 ， 通过实验研究结合理论分析， 对纳米结构 ＷＣ ／
１Ｃ 涂 层材 料磨 削 表 面残 余 应 力 进 行 了 研究 ， 出 了 磨 ２ｏ 得
５ 磨削表 面残余压应力 随着 工件速度 的增加而增 ） 加， 但总的增加速度较缓慢 ， 不象磨削深度对残余应力 的
影 响那 么大 。
６ 磨削表面残余压应力 随着磨 粒尺寸 的减小而增 ）
加 ， 变化 不是很 大 。 但 ７ 树脂 粘结 剂砂 轮 比陶 瓷粘 结 剂对磨削表面残余应力 的影 响规律 ， 结合 磨削表面
Ｓ Ｍ观察 ， Ｅ 充分揭示了残余应力的产生机理 ， 建立 了磨削
参数与磨削表面残余应力的数学模型并进行 了验证。通 过本次研究得出如下结论 ： １磨削表面残余应力 由因喷涂引起 的原始残余应 ）
面残余压应力值要大。 ８ 对同一种砂轮来说 ， ） 垂直方 向的残余 压应力 比水
平方向的残余压应力值要大， 但相差不是很悬殊 。
力 ｃ 和磨削过程引起 的磨 削残余应力 Ａ － ｒ ｎ ｏ两部分组成 ， 通过实验结果得 出， 原始残余应力相对磨削表面残余应力 来说不是很大。磨削表面残余应力 Ｏ全部都是压应力。 －
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纳米 结构 陶瓷涂层磨 削表面残余应力 的研 究 术
刘 伟香 周 忠 于 ，
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摘要 ： 用金刚石砂轮对 ｎ ＷＣ １Ｃ 涂层精 密磨 削后 ， — ／２ ｏ 零件表 面存在 残余应 力， 出本 次研 究的 结论 ， 出进 一步研 究的 得 提
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纳米结构 ＷＣ １Ｃ （ —ＷＣ １Ｃ ） ／２ｏ ｎ ／２ ｏ 涂层材料是近年
磨损性能 、 表面硬度 、 断裂强度 、 疲劳强度 、 腐蚀强度都有
影响。
来国内外迅速发展的一种新型工程材料 ， 良的性能使 其优
其在工程上有着』 泛的应用前景。然而正 由于它的高硬
度和 良好 的耐磨 性使 其很 难加 工 ， 采用金 刚石 砂 轮 的磨 削 加工 是纳 米结 构 ＷＣ １Ｃ 涂 层 的 主要 加 工 方法 ， ／２ ｏ 由于磨
如何降低磨削表面残余应力 ， 提高零件表面质量 ， 提高其 使用可靠性和寿命 ， 着重要的意义。 有
面残余应力 的影响最大 ， 切削应力对残余应 力的影 响
最小 ， 磨削热趋 向于在工件表面产生残余拉应力 ， 的影 它
响仅 次于 挤压应 力 。
４ ）磨削深度的选择对表面残余应力的影 响很大 ， 不 管是在垂直磨削方向还是平行磨削方向， 在小磨削深度范
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２ 磨削表面残余应力值的大小及性质对零件 的表面 ）
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本次研究基于 目前国内外普遍采用 的卧式平面磨削 方式 ， 在低 碳钢基 体 经趟 音速 火焰 喷 涂纳 米结 构 对
围内， 磨削表面残余压应力随着磨 削深度的增加 而增加 ， 但随着磨削深度 的继续 增加， 残余压应力增加 的趋势 变
缓。
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内容 ， ４－ 的研 究 方 向进 行 展 望 。 对 － ， ａ
关键词 ： 纳米结构陶瓷涂层 磨 削 表 面残余应 力 研 究展 望 中图分 类号 ：Ｈ１１ Ｔ ６ 文献标识码 ： 文章编号 ：０２— ８６ ２ １ ）ｓ一 ０２— ３ Ａ １０ ６８ （０ １ ｏ ０６ ０
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３ 残余应力的产生机理是磨粒刃作用引起 的机械应 ）
力（ 分为挤压应力 和切 削应力 ） 和热 应力 的综 合作用效
应 ， 三种应 力 中 ， 压应 力产 生残余 压 应力 ， 磨 削 表 在这 挤 对
削过程中引入了残余应 力， 使零件磨削表 面存 在残余应 力， 而残余应力是引起零件表面裂纹的主要原因。因此 ，
Ｄ ００型 ｘ射线衍射仪测试磨削后平行 、 ５０ 垂直磨削方向的 残余应力 ， 通过实验研究结合理论分析， 对纳米结构 ＷＣ ／
１Ｃ 涂 层材 料磨 削 表 面残 余 应 力 进 行 了 研究 ， 出 了 磨 ２ｏ 得
５ 磨削表 面残余压应力 随着 工件速度 的增加而增 ） 加， 但总的增加速度较缓慢 ， 不象磨削深度对残余应力 的
影 响那 么大 。
６ 磨削表面残余压应力 随着磨 粒尺寸 的减小而增 ）
加 ， 变化 不是很 大 。 但 ７ 树脂 粘结 剂砂 轮 比陶 瓷粘 结 剂对磨削表面残余应力 的影 响规律 ， 结合 磨削表面
Ｓ Ｍ观察 ， Ｅ 充分揭示了残余应力的产生机理 ， 建立 了磨削
参数与磨削表面残余应力的数学模型并进行 了验证。通 过本次研究得出如下结论 ： １磨削表面残余应力 由因喷涂引起 的原始残余应 ）
面残余压应力值要大。 ８ 对同一种砂轮来说 ， ） 垂直方 向的残余 压应力 比水
平方向的残余压应力值要大， 但相差不是很悬殊 。
力 ｃ 和磨削过程引起 的磨 削残余应力 Ａ － ｒ ｎ ｏ两部分组成 ， 通过实验结果得 出， 原始残余应力相对磨削表面残余应力 来说不是很大。磨削表面残余应力 Ｏ全部都是压应力。 －