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1、 毕业设计（论文）报告纸目 录摘 要1ABSTRACT2第一章 绪论31.1 磨削强化的工艺优势31.2 当前国内外的研究状况51.3 本课题拟开展的主要工作7第二章 温度标定92.1 热电偶概述92.2 40Cr康铜非标准热电偶的标定11第三章 温度测量试验153.1 40Cr钢的简介153.2 40Cr钢磨削强化的可行性分析163.3 测温的目的与意义163.4 磨削用量条件的优化173.5 温度测量19第四章 试验结果及其分析254.1 40Cr磨削强化试验显微硬度梯度分析254.2 硬化层金相分析284.3 淬硬层硬度厚度稳定性分析32第五章 结论与展望345.1 结论345.2 展望
2、34致 谢36参 考 文 献37摘 要磨削强化是利用粗磨产生的磨削热对工件表面进行强化的新技术，可以将磨削加工和工件表面强化复合为一体。为考察磨削强化的效果，以调质后的40Cr为试验对象，采用棕刚玉砂轮在MMD7125平面磨床上对磨削强化用量条件进行了优化；采用半人工热电偶法对磨削温度进行了测量，对冷却速度进行了确定；利用HSX-1000型全自动显微硬度测试仪测定了磨削强化层的显微硬度；在金相显微镜上利用数码相机拍摄了金相组织照片。试验结果表明：磨削硬化层金相组织、显微硬度和硬化深度均满足表面强化要求。完全硬化区由细小针状马氏体、残余奥氏体和少量点状碳化物组成，过渡区由马氏体和回火索氏体(珠光
3、体)组成；硬化区显微硬度在HV512-700之间，硬化层深度达到了1.2mm。关键词:40Cr，磨削强化，温度测量，显微硬度，金相组织，硬化深度ABSTRACT The grinding hardening is a new technology of grinding and hardening workpiece surfaces using grinding heat during the course of coarse grinding. It can integrate the grinding process with the surface hardening process.
4、 To investigate the effect of grinding hardening, the parameter of grinding hardening of 40Cr is optimized with the grinding wheel of corundum on flat surface grinding machine of MMD7125. The temperature of grinding is measured by the way of half artificial thermocouple and the speed of cooling is c
5、onfirmed. The microhardness is measured by automatic microhardness test instrument of HSX-1000. The photo of metallography is shot on electron microscope with digital camera. The results of the test indicate that the microstructure of hardened layer, microhardness and the depth of hardened layer all
6、 meet the request of surface hardening. The completely hardening region is composed of fine acicular martensites，residual austenites and a few dot-like carbonides and the transition region is made up of martensites and sorbites (pearlite). The microhardness of hardening region is HV512-700 and the d
7、epth of hardened layer reaches to 1.2mm. Keywords: 40Cr, grinding hardening, temperature measuring , microhardness, metallography，depth of hardened layer第一章 绪论1.1 磨削强化的工艺优势许多钢质零件需通过金属热处理来改善材料的性能，提高材料的耐磨性及疲劳强度。金属热处理是在固态下将钢或合金加热到一定温度，保温适当时间获得相应的高温晶相，然后快速冷却，以获得远离平衡状态的不稳定组织。钢件的表面淬火是众多热处理方法中的一种，通常是整体热处理（
8、退火，正火或调质等）后，将表面层加热到临界点以上的温度并急速冷却的工艺方法。钢件表面层加热方法很多，主要有感应加热，火焰加热，电解液加热，电接触加热，脉冲加热，激光加热，电子束加热等等。与完全淬硬热处理相比，表面淬硬处理的优点是零件的整体柔韧性好。表面热处理的方法众多，然而不管采用何种热处理工艺都需要对零件进行运输、储存、清洗等操作，不可能将其集成到产品的机械加工生产线上，因此，将使产品生产周期加长，成本提高，从而降低产品的市场竞争力。目前国内外普遍采用的先将40Cr表面感应淬火强化处理，然后再粗磨和精磨的工艺至少存在以下弊端：一是零件在表面淬火后所进行的粗磨加工可能会对已淬硬表层造成热损伤；
9、二是磨削产生的大量热能被白白浪费；三是工艺路线长，生产效率低，制造成本高。不过，这也容易使人联想到既然磨削热能使工件表面层温度达到相变温度以上，为何不利用粗磨产生的磨削高温，再施以恰当的冷却速度，直接对材料表层强化，然后再精磨获取所要求的精度和表面质量，从而省去了感应加热表面淬火工序，简化了生产工艺，主动消除了磨削热产生的消极作用，充分有效地利用了磨削热。基于以上分析，利用磨削强化处理技术替代高、中频感应淬火工艺对40Cr调质钢进行表面强化，即将磨削加工与表面强化复合为一体12。市场的竞争是激烈的，唯有不断的提高产品的竞争力才能面对市场的竞争，而提升产品竞争力的方法常见的有降低生产成本、提高生
10、产效率与新生产技术的研发，其中由于新技术的研发通常需要漫长的时间与大量的投资，因此竞争力的提升通常会借助降低生产成本与提高生产效率来着手。借助大量的生产与生产自动化来降低生产成本是一般常见的做法，而如能配合适当的仓管与运输则能进一步的降低成本，至于生产效率的提升，常见的做法是最佳化参数的生产，将现有设备的产能发挥到最大。此外利用加工工艺的特性，简化加工步骤，以较少的时间与设备完成所需的加工，不但可提升生产效率同时也降低生产成本，因此成为近年来的发展趋势。精密的钢铁材料组件加工大多要经历粗加工、硬化处理、精加工来完成，其中对组件施以硬化处理的目的是为了提高材料的机械性质，如材料硬度。然而零件在硬
11、化处理的过程中会因高温作用而变形，因此零件在进行硬化处理时须搭配相关的前置作业与后续处理来确保零件的尺寸精度，但此举却会影响零件的生产效率。所谓的前置作业是指组件在粗加工阶段，需依经验在零件强化处理后可能的变形而预留加工余量，而后续处理，则是指组件在粗加工阶段所预留的加工余量与强化处理过程所造成的变形量，需借助精加工工艺来去除，然而精加工工艺的特性是以微量的材料去除，来产生良好的表面光度与尺寸精度，因此如要去除前述的加工余量与强化变形量，需耗费不少时间。此外，由于强化处理通常是离开生产线进行，因此工件的移动除了对生产效率有不小的影响外，亦会增加额外的后勤成本如仓管与运输。对于零件强化处理而导致
12、的相关问题，曾有将热处理炉置于生产线的做法出现，然而热处理炉对外围工具机操作与工件尺寸的掌控都将产生影响，因此不适用于大部分精密零件的加工过程。虽然将热处理炉置于生产线的做法会影响外围设备，但在生产线上进行强化处理可免除工件移动所需耗费的时间，同时工件运输与储藏相关的时间与成本也免除，因此热处理炉置于生产在线加工的做法可有效的降低生产成本与提升生产效率，但以目前的产业结构而言，将零件委托其他企业进行热处理的成本，远比自行建构热处理设备来的低廉，因此虽然将热处理炉置于生产在线加工，具有可提高生产效率的诱因，但相较于其所需增加的设备成本，仅此原因仍是不够的。然而如果在现有的加工过程中有其他的热源可
13、对加工组件产生加热的现象，也就是说有工艺特性可以被利用来对零件进行强化处理的话，则零件可不必再离线进行强化处理，可在生产线完成零件强化处理的步骤，对生产效率的提升将有很大的帮助。在不利用热处理炉的情况下，要将材料的强化处理融入生产线，其关键在于如何取得足够与适当的替代热源。纵观一般加工工艺规程，工具机本身似乎没有机制可以引发材料有明显的温升，因此对于能提供材料温升热源的寻找，似乎只能从加工工艺规程的特性来着手。一般精密钢铁零件的精加工，最常采用的是磨削加工 (Grindingprocess)，由于加工过程本身的原因，加工过程中会消耗大量的能量，其中大部分会转换成热的形式进入工件表面，并引发工件
14、表面温升，且温升往往可达几百甚至上千摄氏度。若能利用磨削加工过程中工件表面所导致的温升，来当做零件表面强化处理的热源，则零件在经历加工的过程即可同步完成组件的表面强化处理，如此一来，材料的强化处理将可在生产线上完成，因此对精密零件生产效率的改善，将有明显的效果。虽然磨削热处理是理论上可行的技术，但尚有许多问题，如加工参数、磨削区温升对硬化层形成的影响还未被弄清。因此为了对磨削强化处理相关机理能有更多的了解，本文将借助各项相关理论的探讨为基础，规划适当的试验参数进行试验，期望借助实验参数、磨削区温升与磨后零件淬硬层状况间的关系，来验证对40Cr调质钢进行磨削表面强化处理模式的可行性。利用磨削强化
15、技术不仅使表面热处理工艺集成到生产线，使其工艺流程由传统表面热处理工艺（如图11）的多工序简化为磨削强化工艺（如图12）的集成化流程3。机加工运输储存装卸清洗热处理装卸清洗运输清洗精磨图11 传统热处理流程运输储存磨削淬硬精磨机加工图12 磨削强化流程磨削强化还将减少生产工序，缩短加工周期，降低产品成本。利用磨削热进行表面强化的研究，探索这项新型的表面热处理工艺在实际工业生产中的可行性和适用性，主动有效地控制磨削工艺条件，利用磨削热对工件表面进行热处理，以改善工件表面材料性能，从而达到简化工艺流程，减少能源消耗，降低生产成本，达到环境保护的目的。1.2 当前国内外的研究状况由于在砂轮的磨削过程中，不可避免的会在材料表面引发温升，而由于温升也是材料强化处理的要素之一，因此若能善用磨削过程中材料表面所产生的温升，利用磨削过程中材料表面产生的热量来对材料进行表面强化，则或许可将表面热处理集成到生产线中。利用磨削热，并通过控制磨削时进入工件的热量和温度冷却速度，使工件表面材料的金相组织在磨削后得到改变，从而达到表面强化处理的效果，这就是磨削强化。现在磨削强化任处于萌芽阶段，长期以来，国内外研究磨削热所做的工作，主要集中在将磨削热作为消极因素加以研究，提出了许多磨削热分析模型，并对理论模型进行了相应的工
