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表面粉末高温合金FGH95高速切削加工表面完整性

收藏本文 2024-04-15 点赞:4761 浏览:11275 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:粉末高温合金具有晶粒小、组织均匀、无宏观偏析、合金化程度高、屈服强度高及抗疲劳性能好等优点,是现代高推重比航空发动机涡等关键高温部件的首选材料。切削加工表面完整性对航空发动机零部件的疲劳寿命等服役性能起着至关重要的作用。但是目前对粉末高温合金的切削加工表面完整性的探讨几乎还是空白。本论文主要针对FGH95粉末高温合金的材料特性,对其切削加工特点进行探讨,重点探讨切削加工表面的表面粗糙度,加工硬化、残余应力、白层及表面塑性变形及其影响因素,为生产实际中制约切削参数,提升粉末高温合金零部件的服役性能提供论述和技术指导。浅析探讨FGH95粉末高温合金的组织结构、相、合金中的非金属夹杂以及力学性能,为切削表面微观组织结构的转变以及表面物理力学性能的变化的探讨提供基础;与GH4169高温合金的切削加工性进行比较浅析,通过切削试验探讨切削速度、进给量和切削深度对切削力和切削温度的影响规律;探讨切削速度对切屑形貌的影响,浅析其难加工特点;采取正交铣削试验获取切屑根部,探讨切削历程中材料的断裂特性,探讨FGH95合金切屑形成的周期性断裂机制,揭示FGH95合金切削历程的延性断裂本质,为探讨其切削表面完整性奠定基础。建立考虑切削表面弹性回复的正交铣削FGH95合金表面粗糙度模型,探讨切削深度和切削速度对FGH95合金正交铣削表面粗糙度的影响规律。发现随着切削深度的增大,表面粗糙度增大。在常规切削速度范围内的表面粗糙度值显著大于高速切削得到的表面粗糙度。采取具有不同后刀面磨损量的涂层硬质合金刀片进行FGH95合金切削加工试验,揭示刀具后刀面磨损量对表面粗糙度的影响规律,确定切削加工FGH95合金时涂层硬质合金刀具的磨钝标准。基于切削加工历程中切削力和已加工表面的应力联系建立切削加工表面硬化层深度预测模型,通过切削试验验证该模型的有效性。对FGH95切削表面的残余应力进行试验测试和有限元仿真探讨,探讨残余应力沿切削深度方向的分布规律。基于切削第四变形区形成论述建立切削加工表面塑性变形计算模型,对表面塑性变形及塑性变形深度进行论述预测,在不同切削速度下进行FGH95镍基粉末高温合金切削试验和有限元仿真表面塑性剪切应变和塑性变形深度验证该论述模型的有效性。结果表明:在常规切削速度下,随着切削速度提升,已加工表面的塑性变形深度减小,塑性变形深度在0.02-0.04mm之间;已加工表面的塑性剪应变随着切削速度的提升而增大,已加工表面塑性剪应变在1.2-4.0之间。高速切削加工FGH95粉末高温合金时在其他切削用量保持不变的情况下,获得表面塑性变形深度和表面塑性剪应变较小的切削速度区间为400~2400m/min。已加工表面的塑性剪应变在沿切削深度方向上服以负指数分布,即在已加工表面上具有最大值,然后沿着垂直于已加工表面方向塑性剪应变值急剧减小。对FGH95合金基体和已加工表面白层进行EDS能谱、XRD衍射浅析探讨,结果表明:FGH95合金白层与基体组织不同,白层中的强化相γ'含量比基体中增加8%-15%,且发生了γ'相的细化;FGH95合金中的Ni基固溶体在切削加工历程中发生物相变化,白层中基体相γ和强化相γ'晶格错配度增大;白层的结晶度较差且晶粒发生细化,切削速度越高,晶粒细化程度越严重,合金中的大、中型晶粒的个数不断减少,细小晶粒的个数不断增加。基于切削加工历程中切削力及切削温度和加工后表面白层厚度浅析,探讨切削应力、应变率和切削温度对白层厚度的影响规律,揭示FGH95合金切削加工表面白层形成的形相变耦合机制。结果表明:白层的形成与切削历程中的应力和应变率有关,随着应力和应变率的增大,白层厚度增大;切削温度的升高也导致白层厚度的增大,但是在低于材料相变临界温度时,白层仍然形成,这说明严重的塑性变形在白层形成历程中起着不可或缺的作用。本课题得到国家重点基础探讨进展计划(973)(2009CB724401)和山东省自然科学杰出青年基金(JQ200918)的支持关键词:FGH95论文粉末高温合金论文表面完整性论文白层论文表面塑性变形论文

    摘要11-13

    Abstract13-16

    主要符号及单位16-20

    第1章 绪论20-40

    1.1 课题探讨目的和探讨作用20-21

    1.2 课题探讨背景和技术需求浅析21-24

    1.3 粉末高温合金切削论述与加工技术探讨近况24-36

    1.3.1 粉末高温合金的切削加工探讨进展24-28

    1.3.2 粉末高温合金切削表面完整性探讨近况28-36

    1.3.3 有着的不足36

    1.4 课题的提出和主要内容36-40

    第2章FGH95粉末高温合金切削加工性探讨40-64

    2.1 FGH95粉末高温合金的材料特性41-46

    2.1.1 FGH95合金的组织结构与性能42-43

    2.1.2 FGH95合金的相43-45

    2.1.3 FGH95合金的非金属夹杂物45-46

    2.2 FGH95粉末高温合金的切削加工性探讨46-52

    2.2.1 切削加工性试验47-48

    2.2.2 FGH95合金切削加工性试验结果及讨论48-52

    2.3 FGH95粉末高温合金切屑形成机制探讨52-62

    2.3.1 切屑根部获取试验53-55

    2.3.2 切屑根部的SEM观察55-57

    2.3.3 切屑形态观察57-61

    2.3.4 FGH95合金锯齿形切屑形成机制61-62

    2.4 本章小结62-64

    第3章 FGH95粉末高温合金切削表面粗糙度及表面缺陷64-78

    3.1 正交铣削表面粗糙度建模65-68

    3.1.1 正交铣削表面残留高度的论述模型65-68

    3.1.2 FGH95合金正交铣削表面粗糙度模型68

    3.2 FGH95正交铣削加工表面粗糙度试验68-75

    3.2.1 切削深度对表面粗糙度的影响69-71

    3.2.2 常规切削速度对表面粗糙度的影响71-73

    3.2.3 高速切削时切削速度对表面粗糙度的影响73-74

    3.2.4 后刀面磨损量对FGH95表面粗糙度的影响74-75

    3.3 FGH95加工表面缺陷浅析75-76

    3.4 本章小结76-78

    第4章 FGH95粉末高温合金切削表面塑性变形78-96

    4.1 第四变形区与表面塑性变形的联系79-81

    4.1.1 切削历程中的四个变形区80

    4.1.2 第四变形区形成的切削模型80-81

    4.2 表面塑性变形的论述建模81-87

    4.2.1 表面塑性变形深度81-84

    4.2.2 表面塑性应变的计算84-86

    4.2.3 表面塑性变形的分布86-87

    4.3 FGH95表面塑性变形的切削试验及有限元仿真浅析87-94

    4.3.1 塑性变形深度89-91

    4.3.2 表面塑性剪应变91-93

    4.3.3 表面塑性变形的分布93-94

    4.4 本章小结94-96

    第5章 FGH95粉末高温合金切削表面加工硬化及残余应力96-112

    5.1 FGH95粉末高温合金加工表面硬化97-105

    5.1.1 影响加工硬化的因素98

    5.1.2 加工硬化的评价策略98-99

    5.1.3 加工硬化层深度建模99-101

    5.1.4 FGH95合金加工硬化试验101-102

    5.1.5 加工硬化试验结果及浅析102-105

    5.2 切削表面的残余应力105-111

    5.2.1 残余应力产生的理由105-106

    5.2.2 残余应力的测量策略106-107

    5.2.3 残余应力的试验及有限元仿真107-108

    5.2.4 残余应力试验及仿真结果108-111

    5.3 本章小结111-112

    第6章 切削加工FGH95粉末高温合金表面白层的探讨112-142

    6.1 切削加工白层概述113-117

    6.1.1 白层的概念及特点113-115

    6.1.2 切削加工白层形成机制115-116

    6.1.3 白层厚度的影响因素116-117

    6.2 FGH95合金切削表面白层形貌117-118

    6.3 FGH95合金切削表面白层的组织结构浅析118-129

    6.3.1 FGH95粉末高温合金白层的EDS浅析118-120

    6.3.2 FGH95粉末高温合金白层的XRD物相浅析120-122

    6.3.3 基体相和强化相晶格错配度浅析122-125

    6.3.4 白层中的晶粒细化125-129

    6.3.5 粉末高温合金白层形成的形相变机制129

    6.4 切削加工FGH95白层形成试验129-136

    6.4.1 试验安排129-130

    6.4.2 试验结果130-136

    6.5 FGH95合金白层形成的机理探讨136-140

    6.5.1 表面等效应力对白层形成的影响136-138

    6.5.2 表面应变率对白层形成的影响138-139

    6.5.3 温度对白层形成的影响139-140

    6.6 本章小结140-142

    第7章 结论与展望142-146

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