超声表面滚压加工对20CrMoH钢摩擦磨损性能的影响

摘要

目的提高20CrMoH钢的耐磨性能。方法设置不同的超声滚压力(700、1000、1300 N)与次数(3、6次),对20CrMoH钢进行超声表面滚压加工。采用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪、光学显微镜、显微硬度测量仪、X射线应力分析仪、端面型滑动磨损试验机和3D形貌仪等设备,分别对加工前后试样的表面形貌、粗糙度、金相组织、显微硬度、表面残余压应力和摩擦磨损等性能进行对比分析。结果经过超声表面滚压加工的试样,与未处理试样相比,在各项性能上都有较大的提升。表面形貌更加光整,粗糙度Ra从0.82μm下降至0.331μm;表面显微硬度从760HV_(0.2)提高到856HV_(0.2),提升了12.63%;表面残余压应力从–286 MPa提高到–565 MPa;磨损机制从未处理试样的以磨粒磨损和疲劳磨损为主转变为以磨粒磨损和氧化磨损为主。试样在1000 N的作用力下进行6次超声滚压加工后,材料的耐磨性能最好,与未处理试样相比,稳态平均摩擦系数大幅下降,磨损体积从2.29 mm^(3)减小到0.74 mm^(3),减小了67.69%。结论超声表面滚压加工能有效改善20CrMoH钢试样的表面质量,细化表层晶粒组织,增加表面硬度与表面残余压应力,显著提升材料的耐磨性能。