机械加工后的表面层物理机械性能.PPT

7.3 机械加工后的表面层物理机械性能 7.3.1 机械加工后表面层的冷作硬化 （1）切削或磨削加工时，表面层金属由于塑性变形使晶体间产生剪切滑移，晶格发生拉长、扭曲和破碎而得到强化。冷作硬化的特点是：变形抵抗力提高（屈服点提高），塑性降低（相对延伸率降低）。冷硬的指标通常用冷硬层的深度h、表面层的显微硬度H以及硬化程度N来表示（图7．8），其中N=H/H0，H0为原来的显微硬度。 图7.8 切削加工后表面层的冷硬 观看动画 7.3.1.1 冷作硬化产生的原因 （2）表面层冷作硬化的程度 的影响因素 表面层冷作硬化的程度决定于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。力越大，塑性变形越大，则硬化程度越大；速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小；变形时的温度不仅影响塑性变形程度，还会影响变形后金相组织的恢复程度。切削加工时表面层的硬化可能有两种情况：完全强化和不完全强化 。 机械加工时表面层的冷作硬化就是强化作用和回复作用的综合结果。切削温度越高、高温持续时间越长、强化程度越大，则回复作用也就越强。 7.3.1.2 影响冷作硬化的主要因素 ①刀具 刀具的切削刃口圆角和后刀面的磨损量对于冷硬层有很大的影响，此两值增大时，冷硬层深度和硬度也随之增大。前角减少时，冷硬也增大。 ②被加工材料 被加工材料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬现象愈严重。 ③切削用量 切削速度增大时，刀具与工件接触时间短，塑性变形程度减少，同时会使温度增高，有助于冷硬的回复，所以硬化层深度和硬度都有所减少。进给量增大时，切削力增大，塑性变形程度也增大，因此硬化现象增大。但在进给量较小时，由于刀具的刀口圆角在加工表面单位长度上的挤压次数增多，因此硬化倾向也会增大。径向进给量增大时，冷硬层深度也有所增大，但其影响程度不显著。 7.3.2 机械加工后表面层金相组织的变化 7.3.2.l 金相组织变化的原因 (1) 磨削加工时切削力比其它加工方法大数十倍，切削速度也特别高由于砂轮导热性差、切屑数量少，磨削过程中能量转化的热大部分都传给了工件。磨削时，在很短的时间内磨削区温度可上升到400～1000℃，甚至更高。这样大的加热速度，促使加工表面局部形成瞬时热聚集现象，有很高温升和很大的温度梯度，出现金相组织的变化，强度和硬度下降，产生残余应力，甚至引起裂纹，这就是磨削烧伤现象。 (2) 磨削淬火钢时表面层产生的烧伤 磨削淬火钢时极易发生磨削烧伤，磨削淬火钢时表面层产生的烧伤有以下三种： ①回火烧伤 磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变温度，则工件表面原来的马氏作组织将产生回火现象，转化成硬度降低的回火组织——索氏体或屈氏体。 ②淬火烧伤 磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏体，由于冷却液的急冷作用，表层会出现二次淬火马氏体，硬度较原来的回火马氏体高，而它的下层则因为冷却缓慢成为硬度降低的回人组织。 ③退火烧伤 不用冷却液进行干磨削时，磨削区温度超过相变温度，马氏体转变为奥氏作，因工件冷却缓慢测表层硬度急剧下降，这时工件表层被退火。 7.3.2.2 影响磨削加工时金相组织变化的因素 影响磨削加工时金相组织变化的因素有工件材料、磨削温度、温度梯度及冷却速度等。 (1)工件材料 工件材料为低碳钢时不会发生相变。高合金钢如轴承钢、高速钢、镍铬钢等传热性特别差，在冷却不充分时易出现磨削烧伤。未淬火钢为扩散度低的珠光体，磨削时间短时不会发生金相组织的变化。淬火钢极易相变。 (2) 磨削温度、温度梯度及冷却速度等对金相 组织变化的影响 图7.9磨削高碳钢淬火时表面硬度分布 观看动画 磨削温度、温度梯度、冷却速度等对金相组织变化的影响可以从图7.9得到说明。 图7.9所示，为高碳淬火钢在不同磨削条件下出现的表面层硬度分布情况 。 7.3.3 机械加工后表面层的残余应力 7.3.3.1 残余应力产生的原因 在机械加工中，工件表面层金属相对基体金属发生形状、体积的变化或金相组织变化时，工件表面层中将残留相互平衡的残余应力。产生表面层残余应力的原因： （1）冷态塑性变形 机械加工时，表层金属产生强烈的塑性变形。沿切削速度方向表面产生拉伸变形，晶粒被拉长，金属密度会下降，即比容增大，而里层材料则阻碍这种变形，因而在表面层产生残余压应力，在里层则产生残余拉应力。