表面溫度和熱影響深度都達(dá)到最大，隨工件速度的降低而快速增大。較高的速度縮短了接觸時間從而降低了工件上的熱量。

3.5 預(yù)測殘余應(yīng)力

圖10為沿深度的計算殘余應(yīng)力輪廓（考慮、未考慮砂輪的機(jī)械作用），工件速度為Vw=7m.min-1（Tmax=666℃）和Vw=22m.min-1（Tmax=242℃）模擬值和實測值之間的差異是十分顯著的。和實驗測量相比，數(shù)值模擬的結(jié)果表明工件速度對殘余應(yīng)力有非常顯著的影響。在較低速度下，切削和進(jìn)給兩個方向上都觀察到了較高的表面拉伸殘余應(yīng)力。距離表面100μm距離時，該值逐漸降低至-100MPa(10a)。在較高速度下，磨削表面下觀察到較低的壓縮殘余應(yīng)力。值得注意的是，在所有加工中，砂輪的模擬機(jī)械作用對殘余應(yīng)力的分布無影響。

圖十：殘余應(yīng)力輪廓（a）Vw=7m.min-1（b）Vw=22m.min-1

4、討論

實驗結(jié)果和模擬結(jié)果之間的顯著差異說明了高速鋼磨削加工中殘余應(yīng)力來源的很多問題。利用熱機(jī)械模型求得的數(shù)字結(jié)果給出了兩種殘余應(yīng)力狀態(tài)類型：當(dāng)熱效應(yīng)明顯時（Vw=7m.min-1），拉伸殘余應(yīng)力產(chǎn)生，如圖10a；當(dāng)機(jī)械效應(yīng)大于熱效應(yīng)時，產(chǎn)生低壓縮殘余應(yīng)力，如圖10b。本研究所用數(shù)字模型并未考慮相位變換引起的形變和材料回火以及工件上材料的脫落。所有這些現(xiàn)象都會降低拉伸殘余應(yīng)力并提高壓縮殘余應(yīng)力。
由于冶金材料屬性的信息缺失，研究重點主要集中在受影響層面上。磨削加工后，表面試樣被涂附上一層樹脂，然后進(jìn)行機(jī)械拋光和蝕刻。圖11為改性層面，厚度約5μm。

圖十一：HSS磨削表面微結(jié)構(gòu)的SEM觀察圖

在圖11a中，改性形成的層面可能是由嚴(yán)重的塑性變形引起的，也可能是由熱激化奧氏體相變引起。磨削表面的壓縮殘余應(yīng)力也可能是由磨削過程中經(jīng)轉(zhuǎn)化的殘留奧氏體含量所致，如圖11b所示。

此外，臨近磨削表面的EBSD檢測顯示出較低的指數(shù)（黑色區(qū)域），這說明有其他相的存在，其變形的微結(jié)構(gòu)和馬氏體結(jié)構(gòu)是不一樣的。

圖12：HSS磨削表面微結(jié)構(gòu)的EBSD觀察

為更多了解改性層的相組份，實驗還進(jìn)行了磨削前后X射線衍射相分析。結(jié)果顯示磨削和未磨削試樣的馬氏體相的觀察圖是一樣的。

5、結(jié)論

利用CBN砂輪對高合金化高速鋼進(jìn)行外圓精磨加工后，表面層產(chǎn)生了100μm厚的顯著壓縮殘余應(yīng)力。實驗測量顯示工件速度是外圓磨削過程中最關(guān)鍵的動力參數(shù)，它會影響磨削試樣上殘余應(yīng)力的分布。利用熱機(jī)械模型求得的熱學(xué)結(jié)果顯示溫度可以大于材料的回火溫度并接近Ac1值。但數(shù)值模擬求得的殘余應(yīng)力和試驗實測值并不匹配。磨削高速鋼微結(jié)構(gòu)的分析說明殘余應(yīng)力是機(jī)械、熱學(xué)和變形效應(yīng)共同作用的結(jié)果。變形結(jié)構(gòu)的改性表面層有SEM/EBSD圖可以看出。微結(jié)構(gòu)的變化和磨削過程中殘留的奧氏體相變、回火現(xiàn)象和塑性變形有關(guān)。