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3.4残余应力测量结果分析.20
4冷热加工工艺实验结果与分析21
4.1硬度测量结果与分析.21
4.2残余奥氏体测量结果与分析.29
4.3残余应力测量结果分析.31
4.4正交实验小结.33
5结论35
致谢..36
参考文献..37
1 引言
1.1 目的及意义 滚珠丝杠副是传动机械中运用非常广泛的连接零件， 滚珠丝杠存在的典型失效形式主要为：论文网表面损伤、严重变形、断裂失效[1]。滚珠丝杠具有如下特点：精度极高、效率较好和可逆性等特点。因此其已应用于机械、核产业、航空、航天等[2-7]。 本课题与某滚珠丝杠公司合作，在学校实验室已有的工作基础上，以国产精密滚珠丝杠的表面感应加热淬火工艺与冷热加工研究为重点， 主要研究滚珠丝杠的组织、 残余奥氏体、残余应力和硬度分布梯度与丝杠生产过程之间的匹配关系。通过对感应淬火工艺参数进行优化、改进生产过程以获得更好的滚珠丝杠表面淬硬层性能和硬度分布梯度。
1.2 表面感应加热淬火工艺 表面感应加热淬火工艺是通过利用电磁感应的原理，使加工材料在交变磁场中切割电磁线，同时表面产生一定量的感应电流，又根据交流电的集肤效应，以涡流形式将零件表面快速加热， 然后利用不同冷却液急速冷却淬火方法来获得不同的组织。该方法在热处理领域中占有很重要的地位[8]。 相关实验研究表明，采用双匝感应线圈感应加热淬火明显比采用单匝线圈淬火效果更好，主要原因是多出的一匝线圈相当于给材料提前预热，为而后的淬火提供了良好的组织和成分准备。其组织和成分更均匀，其淬硬层更深、硬度梯度分布合理，相对残余奥氏体量少，碳化物减少且分布均匀，耐磨性更好，通过研究分析发现，淬火功率在 40-60kw内，升高感应加热淬火的加热功率，可以使材料的淬火效果更优。 主要表现为淬火后得到的淬硬层深度更深，硬度分布更均匀，材料的耐磨性逐渐提高等优点。 其中电流频率是影响电流透入深度的关键因素。高频(中频) 电流有个重要特性叫表面效应，即随电流频率提高，感应电流更趋向零件表面。频率越高，表面电流密度越大，电流透入的深度也就越小[9]。在丝杠的上部和喷射器的后部 装有喷溅器（附加冷却喷射器），以加强在温度下限时喷射淬火介质的较弱的冷却作用，这主要是为了保证加速冷却到淬火介质的温度[10]。 根据感应电流频率的不同，感应加热淬火工艺主要可分为高频(30-1000kHz)、中频(小于10kHz)和高频脉冲(约27MHz)三类[11]。与过去热处理工艺相比，现有感应加热淬火的特点如下[12-15]： (1)材料表面温度上升速率快，热量损失小，热效率较高。 (2)材料再处理过程中淬硬层易于控制。
1.3 滚珠丝杠的主要失效形式 丝杠典型的失效方式主要为：表面损伤、严重变形、断裂失效，其中占比最大的是丝杠表面损伤失效[1]。 表面损伤失效是指丝杠工作中由于表层摩擦损伤而引起的某些设备无法正常工作或部件精度下降的现象。 为提高滚珠丝杠的服役寿命，避免丝杠在使用过程中过早出现上述失效现象，目前，国内外研究者从以下几方面开展了大量研究。 1）钢成分 比如，狄国标等人的研究发现：钼钢的铁素体含量较高，塑性较好，但硬度和屈服强度低；Nb-Ti 钢中的析出物主要为高含量 Ti 的(Nb,Ti)(C，N)，析出物大小大约为 30nm，由于固溶 Nb的拖曳作用，铁素体和马氏体的比例和抗拉强度较高。但细晶的强化作用使得材料的屈服强度更高。与Nb-Ti 钢相比，含Cr钢组织中的马氏体比例增加，抗拉强度提高，同时其屈强比与Nb-Ti 钢比较更低[16]。 2）马氏体对材料性能的影响 曹同友等人研究表明，在材料中马氏体的含量会影响材料的力学性能，比如，最大剪切应力与马氏体的含量之间存在一定的数学关系,源Z自L优尔W文~论`文]网[www.youerw.com，即一定的二次多项式的关系，马氏体含量高的试样在达到最大剪切应力时比低的试样易于断裂[17]。不仅马氏体含量对材料有影响，马氏体的尺寸和分布对材料也有一定的影响，并在很大程度上决定着试样的断裂行为[17]。 3）丝杠用钢的加工/机加工工艺：冷热加工工艺 金属塑性变形的加工包括两种：一是冷塑性变形，即冷加工；二是热塑性变形，即热加工。在高于再结晶温度进行的塑性变形叫热加工；在低于再结晶温度进行塑性变形叫冷加工。区分冷热加工的界限不是材料是否加热，而是材料的再结晶温度。 王荣滨等人的研究表明：钢基硬质合金是可以进行冷、热加工的，经过适当的球化退火处理能明显改善其切削加工的工艺性能[18]。 在钢中，随着残余奥氏体比例的增加，接触疲劳寿命也随之增加。而过低的比例则会降低轴承钢的韧性，使轴承接触疲劳寿命显著降低[16]。由此可见，钢中残余奥氏体的含量对材料的力学性能有很大关系。较高的残余奥氏体含量则对轴承尺寸精度稳定性不利[19]。在规定范围内含有少量残余奥氏体则会有利于阻碍裂纹的扩展和提高断裂韧性，对于提高材料的耐磨性有利[20]。