高硬金属加工过程中表面白层的研究(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:1

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(a)GCr15轴承钢(62HRC)的原始组织 (b)已加工表面白层的微观结构
图1 GCr15轴承钢的基体组织和白层组织(1400×)

阿拉巴马大学的Y Kevin Chou和Chris J Evans等学者通过用磨损的陶瓷刀具硬态切削52100钢来研究硬态切削表面白层的形成机理，认为白层的形成主要是一个涉及钢的金相变化的快热—快冷过程。他们应用基于JAEGER的移动热源理论的热量模型来模拟加工表面的温度范围并根据给定临界温度的穿透厚度估计白层的厚度，分析与实验结果吻合得很好。

都柏林大学的J Barry 和 G Byrne等学者将已磨损和未磨损的Alumina/TiC刀具加工BS 817M40和低合金钢(0.8C1.7Cr0.4Mo)所得的白层试样进行TEM检测对比，结果表明白层是由非常规马氏体细小晶粒组成，有少量的渗碳体。根据电子衍射图，他们认为白层的形成机制类似于在高应变率下变形的马氏体钢中发现的绝热剪切带（高应变作用下，由于在一定距离内表面下的局部变形速率高，摩擦热产生的速度大于向周围基体散发的速度，结果使临近表面的局部区域温度较高，变形抗力随之下降，材料塑性变形失稳而产生绝热剪切带），因此，表面白层的形成过程本质上是一个绝热剪切过程，在此过程中动态回复占主导。随着后刀面的磨损白层中残余奥氏体量的增加，被认为是由马氏体向奥氏体逆转化的程度加剧的结果。实验发现工件表面有一定程度的再结晶，解释为白层形成过程中由动态结晶到动态回复的过渡，一种由于马氏体逆转化而使材料层错能减小而导致的现象，这种再结晶过程不可能仅仅是基于扩散的热机制。

在相近的加工条件下，国内外学者对白层的形貌和形成得出的结果和观点大不相同。通过改良切削条件来使表面组织得到最优化控制是我们的长期目标，要达到这个目标，首先要在理论上统一白层的定义和外延，应用先进的仪器和手段澄清白层的组织结构；不同原始组织的材料在不同的条件下都可能产生白层，单从热量或是机械的角度研究白层的转变机制是不够全面的，白层是否等同于绝热剪切带也还有待考察，因此要从系统的角度深入研究，综合考虑各方面因素来分析其形成机理和对工件弯曲、疲劳和耐磨性等性能的影响，从而达到对其进行有效控制的目的。

4 结语

白层具有高硬度、不易侵蚀、较薄、晶粒极细、严重塑变、形成时间短和存在微裂纹等特征。从广义上讲，白层表现为摩擦磨损表面的显微组织变化，是摩擦磨损过程的必然产物。白层组织通常出现在材料的表层，同材料的磨损性能密切相关，一直是磨损领域的一个研究焦点。白层的出现常伴随着裂纹的形成，这意味着材料行将失效，因而研究白层与磨损的关系至关重要。揭开白层形成机制、研究其破坏机理并对其进行有效的控制，对指导摩擦学设计、改善工件表面质量和性能、实现以硬态切削代替磨削加工都具有重要的意义。

目前对白层的形成机制尚缺乏系统的研究，对白层的组织结构也有待进一步研究。应当说，学术界对白层的本质和形成机制尚不清楚，争论不休。从大量的结果可以看出，白层的形成强烈依赖于材料本身和外部运行条件。一方面，白层微观组织结构的澄清将对认识白层的转变机制和在磨损过程中的作用有决定性的意义。目前国内对于表面变质层的研究还停留在理论探索和初级实验阶段，即用透射电镜或扫描电镜观察磨削表面。要想对其形成机理、显微结构做出合理的解释还有待于实验手段和方法的更新，只有依靠先进的实验技术和表面分析测试手段，才能取得突破性的进展。另一方面，研究白层的转变机制，需在大量的实验基础上系统地研究摩擦磨损和加工过程中能量的变化规律，以揭开塑性变形和摩擦热的真面目。白层是摩擦和加工过程中形成的动态组织，其结构取决于外加摩擦条件、环境条件和材料本身性质等，从系统的角度进行对白层形成的研究可能会有所突破。 (

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