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GDL-4工具钢加工性能的初步研究

作　者: 高峰
导　师: 梁益龙
学　校: 贵州大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 切削性能力学性能加工硬化位错平均自由程热物性
分类号: TG142.45
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

由于材料的被加工性能对生产成本的影响较大,因此本文研究了GDL-4新材料的被加工性能。GDL-4新材料应用在空调的滑片中以取代价格昂贵的M2,因此其力学性能与被加工性能均需达或接近到M2的性能,所以GDL-4新材料的力学性能与被加工性能均与M2比较。本文介绍了低合金高速钢的发展情况及其特点,GDL-4新型低合金高速钢具有低成本,高强度的优点,但其切削性能不佳,使其在大规模生产中受到限制。通过与M2的对比,从以下几个方面研究了GDL-4的切削性能：第一、加工硬化对GDL-4切削性能的影响在切削加工硬化率高的材料时,由于其切削面的改变,使切削时所需能量增加。影响加工硬化率的原因有两个。(1)根据位错平均自由程原理,位错的平均自由程大,其加工硬化率更高。在退火状态下,由于GDL-4的铁素体量比M2的多,其平均自由程大,所以GDL-4加工硬化指数更高。(2)在GDL-4新材料中,固溶了大量非碳化物形成或弱碳化物形成元素,而M2中此类固溶元素较少。固溶在铁素体基体中的合金元素向位错处偏聚,与位错发生交互作用,使位错难以运动,增加了流变应力。因此GDL-4的加工硬化率较高。第二、切削温度对GDL-4切削性能的影响较高的切削温度可使刀具软化,加速了刀具的磨损速度,使生产成本增加。而刀具的软化又导致切削力周期性的变化,使机床产生震动,导致切屑的碎断。随着切屑长度的变小,切屑带走的热量减小,进一步的提高了刀具温度。影响切削温度的原因主要是材料的热物性,包含两个方面。(1)热容量对切削温度的影响。由于GDL-4中固溶了大量的Si、Al大半径原子,使热容量降低。因此在吸收相同的热量时,其温度升高更多。(2)导热系数对切削温度的影响。GDL4的导热系数较低,吸收热量后不容易散发,导致局部地区热量过多。而GDL-4材料的热容量小,导热系数小,因而其切削温度高。第三、碳化物对GDL-4切削性能的影响包括以下三个方面。(1)GDL-4碳化物质点的平均间距较大,材料整体的断裂韧性高,切削时不易断裂。(2)GDL-4碳化物的断裂韧性较差,当其作为裂纹源时,对切削性能有益。但断裂后的碳化物对刀具的磨损作用增大,产生不利影响。(3)GDL4与M2的碳化物硬度与其分布相差不多,对刀具的磨损作用相当,GDL-4碳化物硬度不是影响可切削性的原因。在改变其成分后,切削性能达到了要求。为了进一步提高新材料的性能,采用感应淬火,经低温回火,最后进行高温回火这一新的热处理工艺。此工艺利用感应加热时间短、热量高的特点,使合金元素充分溶解到基体中,保证了回火时所必须的合金元素。低温回火使随后析出的合金碳化物更加细小、弥散。通过这种新的热处理工艺,使GDL-4新材料的强度满足了实际要求。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
第一章序言  9-20
  1.1 高速钢发展现状  9-12
    1.1.1 低合金高速钢的合金化  9-10
    1.1.2 新型低合金高速钢  10-12
  1.2 GDL-4新材料的开发  12-14
    1.2.1 硅在高速钢的作用和使用原则  12-13
    1.2.2 锰的作用  13
    1.2.3 铝的作用  13-14
  1.3 选题背景及意义  14-18
    1.3.1 选题背景  14-17
    1.3.2 选题意义及目的  17-18
  1.4 GDL-4可加工性能的研究方案  18
  1.5 GDL-4新材料加工性能的解决方案  18-19
  1.6 GDL-4新材料力学性能的研究  19-20
第二章试验内容及方法  20-28
  2.1 试验用钢  20
  2.2 加工硬化指数的测定  20-21
  2.3 碳化物平均间距的测定  21
  2.4 碳化物及基体成分的测定  21
  2.5 切削温度的测定  21-24
    2.5.1 切削温度测量方法的介绍  21-23
    2.5.2 实验材料及实验方法的选择  23-24
  2.6 热容量的测定  24
  2.7 导热系数的测定  24-25
    2.7.1 试验方法的选择根据  24-25
    2.7.2 实验方法  25
  2.8 切屑长度的对比  25
  2.9 碳化物硬度及其断裂韧性的测定  25-26
    2.9.1 测量碳化物硬度及断裂韧性实验方法的选择  25-26
    2.9.2 碳化物硬度及断裂韧性的测定  26
  2.10 GDL-4新材料成分的改变  26-27
  2.11 GDL-4新材料的热处理新工艺  27-28
第三章试验结果分析与讨论  28-69
  3.1 加工硬化对GDL-4切削性能的影响及其影响因素  28-44
    3.1.1 加工硬化指数测量结果  28-31
    3.1.2 加工硬化的影响因素  31-43
    3.1.3 加工硬化对切削能量的影响  43-44
  3.2 切削温度对GDL-4可切削性能的影响及其影响因素  44-57
    3.2.1 切削温度测量结果  44-45
    3.2.2 切削热的来源与切削时温度分布情况  45-47
    3.2.3 切削温度的影响因素  47-53
    3.2.4 切削温度对切削性能的影响  53-57
  3.3 碳化物对GDL-4可切削性能的影响  57-63
    3.3.1 碳化物分布对GDL-4可切削性能的影响  57-59
    3.3.2 碳化物断裂韧性对GDL-4可切削性能的影响  59-62
    3.3.3 碳化物硬度对GDL-4可切削性能的影响  62-63
  3.4 改变后GDL-4新材料的可切削性能  63-64
  3.5 改变成分后GDL-4新材料力学性能的研究  64-69
第四章总结  69-70
参考文献  70-72
致谢  72-73
附录  73-74

GDL-4工具钢加工性能的初步研究

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