模具钢硬态切削显微组织演变建模与仿真

本书结合作者多年从事模具钢硬态切削过程中的显微组织动态演变研究的成果撰写而成。在全面分析国内外硬态切削技术发展现状的基础上，着重阐述了模具钢硬态切削显微组织演变研究现状、硬态切削切屑显微组织演变、切削亚表层显微组织表征及演变机理、切削亚表层显微组织动态演变仿真、切削表面层力学性能评定及硬态切削工艺优化等。本书兼顾理论建模与仿真分析两个方面，系统总结了模具钢硬态切削切削显微组织演变建模及仿真研究中的优选成果。

前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和研究意义 1
1.2 模具钢硬态切削变形区显微组织及性能的研究现状 5
1.2.1 H13钢的显微组织及力学性能 5
1.2.2 切削变形区显微组织表征 7
1.2.3 切削变形区显微组织动态演变机理 9
1.2.4 切削过程中的材料相变仿真 11
1.2.5 切削过程中的材料晶粒细化仿真 14
1.2.6 切削表面层材料的宏观力学性能 16
1.2.7 切削工艺参数优化 18
1.3 本章小结 19
第2章 H13钢硬态切削实验及切削仿真模型 21
2.1 H13钢硬态切削实验 21
2.2 切屑形貌 24
2.3 切削力和切削温度 27
2.4 机械-热耦合载荷下的切削仿真模型 29
2.4.1 切削仿真模型的等效简化 29
2.4.2 切削仿真模型的建立 30
2.4.3 本构模型参数的选择 32
2.4.4 切削仿真模型验证 35
2.5 本章小结 36
第3章 H13钢硬态切削切屑显微组织表征及动态演变仿真 38
3.1 显微组织表征和显微硬度测试 38
3.1.1 H13钢基体显微组织表征 38
3.1.2 H13钢基体和切屑显微硬度测试 41
3.2 切屑显微组织演变机理 43
3.3 基于相变动力学的切屑显微组织动态演变仿真 45
3.3.1 理论相变模型的构建 45
3.3.2 相变仿真模型的实现 47
3.3.3 切削相变仿真结果分析 50
3.3.4 切屑相变仿真模型实验验证 54
3.4 本章小结 57
第4章 H13钢硬态切削亚表层显微组织表征及演变机理 59
4.1 切削亚表层显微组织表征及力学性能测试 59
4.1.1 显微组织表征 59
4.1.2 微观力学性能测试 59
4.2 机械-热耦合载荷下材料塑性变形模型 60
4.3 工艺参数对切削亚表层显微组织演变的影响 64
4.3.1 切削速度对显微组织演变的影响 64
4.3.2 每齿进给量对显微组织演变的影响 66
4.3.3 径向切削深度对显微组织演变的影响 68
4.3.4 刃口钝圆半径对显微组织演变的影响 70
4.4 切削亚表层显微组织的EBSD分析 71
4.4.1 晶界 72
4.4.2 Schmid因子 73
4.4.3 反极图 76
4.5 切削亚表层纳米硬度 78
4.6 切削亚表层晶粒细化机理 79
4.7 本章小结 85
第5章 H13钢硬态切削亚表层晶粒尺寸及显微硬度动态演变仿真 86
5.1 基于动态再结晶的切削亚表层晶粒尺寸和显微硬度动态演变仿真 86
5.1.1 晶粒尺寸和显微硬度预测模型的构建 86
5.1.2 模型参数的确定和实现 88
5.2 仿真结果讨论 89
5.2.1 切削速度对晶粒尺寸和显微硬度的影响 89
5.2.2 每齿进给量对晶粒尺寸和显微硬度的影响 91
5.2.3 径向切削深度对晶粒尺寸和显微硬度的影响 93
5.3 仿真与实验结果对比 96
5.4 基于位错密度的切削亚表层晶粒尺寸动态演变仿真 100
5.4.1 晶粒尺寸演变模型构建 100
5.4.2 演变模型子程序实现 101
5.4.3 显微组织演变模型参数确定 102
5.5 显微组织演变模型验证 103
5.5.1 切屑显微组织演变形态验证 103
5.5.2 切削亚表层显微组织形态验证 104
5.6 工艺参数对切削亚表层位错密度和晶粒尺寸的影响 107
5.6.1 切削速度对切削亚表层位错密度和晶粒尺寸的影响 107
5.6.2 刀具前角对切削亚表层位错密度和晶粒尺寸的影响 111
5.7 本章小结 116
第6章 切削表面层力学性能评定及硬态切削工艺优化 118
6.1 自动球压痕实验 118
6.1.1 实验条件 118
6.1.2 实验结果分析 120
6.2 基于自动球压痕法的表面层力学性能评定 123
6.2.1 屈服强度、应变硬化指数、抗拉强度和硬度计算 123
6.2.2 断裂韧度计算 124
6.3 实验结果与讨论 127
6.3.1 切削速度对力学性能的影响 127
6.3.2 每齿进给量对力学性能的影响 130
6.3.3 径向切削深度对力学性能的影响 132
6.3.4 刃口钝圆半径对力学性能的影响 134
6.3.5 刀尖圆弧半径对力学性能的影响 137
6.3.6 工艺参数、亚表层厚度和力学性能之间的映射关系 139
6.4 基于切削亚表层厚度的硬态切削工艺参数优化 143
6.4.1 基于中心组合响应曲面法的硬态切削实验设计 143
6.4.2 切削亚表层厚度预测模型 144
6.4.3 工艺参数对亚表层厚度的影响及很优工艺参数组合 146
6.5 本章小结 150
第7章 结论与展望 151
7.1 研究结论 151
7.2 未来展望 153
参考文献 154
附录1 符号对照表 169
附录2 奥氏体相变主程序 173
附录3 基于动态再结晶的晶粒尺寸预测主程序 175
附录4 基于位错密度的晶粒尺寸预测主程序 177