8Cr4Mo4V轴承钢磨削变质层微观组织研究.pdf
摘要
8Cr4Mo4V轴承钢因其优异的高温力学性能,目前广泛的应用于我国高端
轴承领域。磨削加工作为高端轴承制造过程中的一道重要工序,磨削表面的质
量将会影响轴承的性能以及使用寿命,磨削变质层的性能对于磨削表面质量有
较大的影响,因此需要进一步对8Cr4Mo4V轴承钢磨削变质层进行深入研究。
为了拓展8Cr4Mo4V轴承钢的应用、提高国产高端轴承的磨削技术水平,本文
采用有限元仿真与磨削实验相结合的方法,通过建模、分析、测试,进行了
8Cr4Mo4V轴承钢磨削变质层微观组织的研究。
首先进行霍普金森压杆实验,获得8Cr4Mo4V材料高应变率下的应力应变
曲线,根据准静态与动态的力学特性曲线,确定8Cr4Mo4V材料的Johnson-Cook
本构方程参数;采用有限元方法,从晶体和相体两个角度,建立了含有晶粒、
晶界的多晶体模型和由针状马氏体、碳化物和其他基体相组成的相体模型,研
究磨削过程中微观组织的去除和微观缺陷的形成及演化,分析不同磨削参数对
磨削力和微观缺陷的影响规律。
进行不同磨削参数的磨削实验,得到不同磨削参数条件下的磨削变质层。
对磨削变质层进行测试与分析,通过X射线衍射(XRD)分析变质层的物相、
微结构,得到不同磨削参数对变质层的奥氏体含量、亚晶粒尺寸以及微观应变
的影响;通过超景深显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对变质层进行观
测,分析不同磨削参数对变质层厚度以及微观组织的影响;使用电子背散射衍
射仪(EBSD)对变质层的梯度性能进行测试,分析变质层不同梯度的晶界、再
结晶晶粒以及位错密度的分布情况。
基于ABAQUS二次开发,建立具有梯度结构的变质层模型,使用晶体塑性
有限元,研究变质层的拉伸性能。不同磨削参数的变质层具有不同的奥氏体含
量、晶粒尺寸以及织构强度,将这些作为输入条件,探究变质层拉伸性能的变
化规律。最后,通过纳米压痕实验,对变质层模型的结果进行验证。
关键词:8Cr4Mo4V;磨削;变质层;微观组织
Abstract
8Cr4Mo4Vbearingsteelisnowwidelyusedinthefieldofhigh-endbearingsin
Chinabecauseofitsexcellenthightemperaturemechanicalproperties.Asan
importantprocessinthemanufacturingprocessofhigh-endbearings,thequalityof
thegrindingsurfacewillaffecttheperformanceandservicelifeofthebearings,and
theperformanceofthegrindingmetamorphiclayerhasagreatinfluenceonthe
qualityofthegrindingsurface,soitisnecessarytofurtherstudythegrinding
metamorphiclayerof8Cr4Mo4Vbearingsteel.Inordertoexpandtheapplicationof
8Cr4Mo4Vbearingsteelandimprovethegrindingtechnologylevelofdomestichigh-
endbearings,thisThesisadoptsacombinationoffiniteelementsimulationand
grindingexperimentstostudythemicrostructureofthegrindingmetamorphiclayer
of8Cr4Mo4Vbearingsteelthroughmodeling,analysisandtesting.
Firstly,Hopkinsonpressurebarexperiment