超高强度钢强力滚压残余应力仿真与试验研究

摘要

目的研究不同强力滚压工艺参数对超高强度钢表层残余应力分布的影响。方法针对45CrNiMoVA超高强度钢的表面强化问题提出了强力滚压工艺。采用硬质合金滚压刀具,对试样施加超过2500 N的滚压力,进行强力滚压强化单因素试验。基于SEM和EBSD测试,分析强力滚压对超高强度钢表层微观组织的影响,进而对不同滚压参数下超高强度钢表层残余应力分布与表面残余应力变化进行分析。最后通过ABAQUS有限元仿真建立了超高强度钢强力滚压强化表层残余应力场预测模型,对滚压强化表层残余应力仿真值与试验值进行了对比。结果强力滚压使得超高强度钢表层的平均晶粒尺寸从0.813μm降低为0.474μm,且马氏体晶粒沿滚压方向发生了变形滑移。超高强度钢经强力滚压后,表层残余压应力由–276 MPa提升至最高–942MPa,残余压应力深度由0.2mm增加至最大0.9mm。超高强度钢强力滚压试验和仿真残余应力沿径向的分布规律一致,滚压表面残余压应力仿真值与试验值的误差小于27%。结论测试分析表明,强力滚压可有效细化超高强度钢45CrNiMoVA表层晶粒并且改善残余应力分布,残余压应力值随着滚压深度和滚压次数的增加而增大,随进给量和工件转速的增大而减小。强力滚压仿真较为准确地预测出滚压强化表层残余应力分布情况,为超高强度钢45CrNiMoVA等一类难加工材料构件的表面强化问题提供了工艺指导。