高强度钢加工表面残余应力及其对疲劳寿命的影响

摘要

工件的疲劳寿命是表面性能中最重要的指标之一，而残余应力作为表面性能与加工工艺的桥梁起着举足轻重的作用。本文深入研究高强度钢在不同工艺下工件表面残余应力离散度与沿着深度曲线分布及其对疲劳寿命的影响。
　　本文以淬火的Cr12MoV为实验材料，首先对选取的棒料进行不同切削条件下的单因素实验、刀具几何参数对比实验以及不同速度下的磨削实验，利用iXRD仪器进行表面三点残余应力测试与沿着深度分布曲线测试，基于统计学对三点残余应力进行离散度计算，分析不同工艺参数对残余应力离散度的影响；绘制深度方向残余应力分布曲线，分析不同工艺参数下曲线特征。
　　其次，为了研究残余应力对疲劳寿命影响，通过 ANSYS模拟旋转弯曲疲劳实验下的试件受力状态，并提取试件所承受的平均应力非零的交变载荷；建立疲劳理论模型分析残余应力离散度对疲劳寿命的影响。选用与残余应力对应参数下的疲劳试件进行旋转弯曲疲劳实验，建立残余应力离散度、压应力曲线与疲劳寿命的三维图，整体分析残余应力对疲劳寿命影响。同时对实验后的试件进行断口分析与影响规律研究。
　　最后通过理论与实验结果全面对比车削加工与磨削加工下的表面粗糙度、表面残余应力离散度、残余应力分布曲线、疲劳特性、加工效率、加工稳定性与加工柔性七个指标。通过整体指标观察，为实际工况下的车削与磨削工艺选择提出理论支持。
　　本文采用实验、力学仿真与理论相结合的方法全面的研究不同的车削与磨削条件下残余应力纵向分布与横向离散度波动状态，并且分析其对疲劳寿命的影响，这为今后实际工况下基于最佳表面性能下的工艺参数优化与工艺选择提供技术支持。

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第1章 绪论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3课题来源及主要研究内容

第2章 加工表面残余应力试验设计

2.1材料选取与介绍

2.2车削试验

2.3磨削实验

2.4试件残余应力测试

2.5本章总结

第3章 加工表面残余应力影响因素分析

3.1残余应力离散度影响因素分析

3.2残余应力深度分布曲线影响因素分析

3.3本章小结

第4章 已加工表面残余应力对疲劳特性的影响

4.1基于ANSYS旋转弯曲疲劳试件力学分析

4.2基于断裂力学残余应力对疲劳的影响理论研究

4.3实验分析残余应力对疲劳寿命影响

4.4旋转弯曲疲劳断口分析

4.5本章小结

第5章 硬态车削与磨削综合评价

5.1硬车与磨削表面粗糙度对比

5.2加工表层残余应力对比

5.3旋转弯曲疲劳性能对比

5.4其他评价指标

5.5车削磨削的综合评价

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文与专利

致谢