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ch3-3 表层金属力学物理性能

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1、第三节影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施一、加工表面层的冷作硬化二、表层金属的金相组织变化三、表层金属的残余应力四、表面强化工艺一、加工表面层的冷作硬化（一）定义机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。（二）影响切削加工表面冷作硬化的因素（三）影响磨削加工表面冷作硬化的因素(二)影响切削加工表面冷作硬化的因素1切削用量的影响切削用量中以进给量和切削速度的影响为最大。2刀具几何形状的影响（1）切削刃钝圆半径的大小起决定性影响。实验证明：切削刃钝圆半径加大则加工表面的硬度也增大。原因：切削刃钝圆半径增大，切削分力也随之加大，塑性变形加剧，导致冷硬增大。(2)刀具磨损对表层金属的冷硬影响很大。原因：磨损宽度加大后，刀具后刀面与被加工工件的摩擦加剧，塑性变形增大，导致表面冷硬增大。但磨损宽度继续加大，摩擦热急剧增大，弱化趋势明显增大，表层金属的显微硬度逐渐下降，直至稳定在某一水平上。(3)后角、主、副偏角r、r以及刀尖圆弧半径re等对表层金

2、属的冷硬影响不大。3加工材料性能的影响工件材料的塑性越大，冷硬倾向越大，冷硬程度也越严重。碳钢中含碳量越大，强度越高，其塑性越小，因而冷硬程度越小。有色合金金属的熔点低，容易弱化，冷作硬化现象比钢材轻得多。(三)影响磨削加工表面冷作硬化的因素1、工件材料性能的影响分析工件材料对磨削表面冷作硬化的影响，可以从材料的塑性和导热性两个方面着手进行。塑性变形大，导热性能好的，冷作硬化的程度就大。2、磨削用量的影响加大磨削深度，磨削力随之增大，磨削过程的塑性变形加剧，表面冷硬倾向增大。提高工件转速，会缩短砂轮对工件热作用的时间，使软化倾向减弱，因而表面层的冷硬增大。3、砂轮粒度的影响砂轮的粒度越大，每颗磨粒的载荷越小，冷硬程度也越小。第三节影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施一、加工表面层的冷作硬化二、表层金属的金相组织变化三、表层金属的残余应力四、表面强化工艺二、表层金属的金相组织变化（一）机械加工表面金相组织的变化机械加工过程中，在工件的加工区及其邻近的区域，温度会急剧升高，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。对于

3、已淬火的钢件，很高的磨削温度往往会使表层金属的金相组织产生变化，使表层金属硬度下降，使工件表面呈现氧化膜颜色，这种现象称为磨削烧伤。磨削淬火钢时，在工件表面层形成的瞬时高温将使表层金属产生以下三种金相组织变化：（1）如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度（碳钢的相变温度为720C），但已超过马氏体的转变温度（中碳钢为300C）工件表层金属的马氏体将转化为硬度较低的回火组织（索氏体或托氏体），这称为回火烧伤回火烧伤。（2）如果磨削区温度超过了相变温度，再加上冷却液的急冷作用，表层金属会出现二次淬火马氏体组织，硬度比原来的回火马氏体高；在它的下层,由于冷却较慢，出现了硬度比原来的回火马氏体低的回火组织（索氏体或托氏体），这称为淬淬火烧伤火烧伤。（3）如果磨削区温度超过了相变温度，而磨削过程又没有冷却液，表层金属将产生退火组织，表层金属的硬度将急剧下降，这称为退火烧伤退火烧伤。第三节影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施一、加工表面层的冷作硬化二、表层金属的金相组织变化三、表层金属的残余应力四、表面强化工艺三、表面金属的残余应力在机械加工过程中，当表层金属组织发生形状

4、变化、体积变化或金相组织变化时，将在表面层的金属与其基体间产生相互平衡的残余应力残余应力。第三节影响表层金属力学物理性能的工艺因素及其改进措施一、加工表面层的冷作硬化二、表层金属的金相组织变化三、表层金属的残余应力四、表面强化工艺四、表面强化工艺表面强化工艺表面强化工艺是指通过冷压加工方法使表面层金属发生冷态塑性变形，以降低表面粗糙度值，提高表面硬度，并在表面层产生压缩残余应力的表面强化工艺。表3-4中列举了常用的机械强化方法。课本 P121（一）喷丸强化喷丸强化喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和压缩残余应力，可显著提高零件的疲劳强度和使用寿命的工艺方法。珠丸可以是铸铁的，也可以是切成小段的钢丝(使用一段之后，自然变成球状)。对于铝质工件，为避免表面残留铁质微粒而引起电解腐蚀，宜采用铝丸或玻璃丸。珠丸的直径一般为0.24mm，对于尺寸较小、表面粗糙度值要求较小的工件，采用直径较小的珠丸。喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件。例如板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮、焊缝等。（二）滚压加工滚压加工滚压加工是利用经过淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，将表层的凸起部分向下压，凹下部分往上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，从而修正工件表面的微观几何形状。此外，它还能使工件表面金属组织细化，形成残余压应力。滚压加工可减小表面粗糙度值，表面硬度一般可提高1040，表层金属的耐疲劳强度一般可提高3050。

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