1. 加工表面層的冷作硬化
(1)加工硬化產(chǎn)生的原因,機(jī)械加工后,工件已加工表面表層金屬的硬度常常高于基體材料的硬度,這一現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化。
加工硬化通常以硬化層深度hd及硬化程度N表示,hd是已加工表面至未硬化處的垂直距離,單位為微米;N是已加工表面顯微硬度的增加值對(duì)原始顯微硬度H0比值的百分?jǐn)?shù),即
式中H—以加工表面的顯微硬度(GPa)。
一般櫻花層深度hd可達(dá)幾十到幾百微米,而櫻花程度N可達(dá)120%~200%。
切削和磨削過(guò)程中,由于切削力的作用,工件表層金屬產(chǎn)生了很大的塑性變形,使金屬的晶格扭曲,晶力拉長(zhǎng)、破碎、并阻礙金屬的進(jìn)一步變形,使材料強(qiáng)化,硬度提高;同時(shí)、切削(磨削)溫度將使材料弱化,更高的溫度將引起相變。已加工表面的硬度變化就是這種強(qiáng)化、弱化和相變作用的綜合結(jié)果。當(dāng)塑性變形引起的強(qiáng)化起主導(dǎo)作用時(shí),已加工表面就硬化;當(dāng)切削溫度引起的弱化去主導(dǎo)作用時(shí),已加工表面就軟化;當(dāng)相變起主導(dǎo)作用時(shí),則由相變的具體情況而定,例如在磨削淬火鋼時(shí),如果發(fā)生退火,則表面硬度降低,但在充分冷卻的條件下,卻可能引起二次淬火而使表面硬度提高。
(2)響加工硬化的因素
1)刀具方面,刀具的前角越大,切削層金屬的塑性變形越小,故硬化層深度hd越小。
切削刃鈍圓半徑rn越大,已加工表面在形成過(guò)程中受擠壓的程度越大,故加工硬化也越大(見(jiàn)圖3-3)
圖3-3 切削刃鈍圓半徑rn對(duì)加工硬化的影響
工件:45鋼
隨著刀具后刀面磨損量VB的增加,后刀面與加工表面的摩擦隨之增大,從而加工硬化層深度亦增大。
2)工件方面,工件材料的塑性越大,強(qiáng)化指數(shù)越大,熔點(diǎn)越高,則硬化越嚴(yán)重。對(duì)于碳素結(jié)構(gòu)鋼,含碳量越少,則塑性越大,硬化越嚴(yán)重。有色金屬由于熔點(diǎn)較低,容易弱化,故加工硬化比鋼小得多。
3) 切削條件方面,切削速度對(duì)冷度程度的影響是力因素和熱因素綜合作用的結(jié)果,通常表現(xiàn)出加工硬化先是隨著切削速度的增加而減小。
圖 3-4 切削速度對(duì)硬化層深度的影響
刀具:硬質(zhì)合金 工件:45鋼
切削用量:車(chē)削時(shí)ap=0.5mm,
F=0.14mm/r銑削時(shí) ap=3mm,af=0.04mm/z
到較高的切削速度后,又隨著切削速度的增加而增加(見(jiàn)圖3-4)。
增加進(jìn)給量,將使切削力及塑性變形區(qū)范圍增大,因此硬化程度隨之增加(見(jiàn)圖3-3),而切削深度改變時(shí),對(duì)硬化層深度的影響則不顯著。
采用有效的冷卻潤(rùn)滑措施也可以使加工硬化層深度減小。