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拋丸\噴丸強化機制
發布時間:2011-12-12  作者:互聯網

拋丸/噴丸強化是一個冷處理過程,即無數個小圓形稱為鋼丸的介質連續捶打零件表面。每顆鋼丸撞擊金屬零件上,宛如一個微型棒捶敲打表面,捶出小壓痕或凹陷。為形成凹陷,金屬表層必定會產生拉伸。表層下,壓縮的晶粒試圖將表面恢復到原來外形,從而產生一個高度壓縮力作用下的半球。無數凹陷重疊形成均勻的殘余壓應力層。

   
眾所周知,在一個壓應力區域,裂紋是難以形成或延展。由于幾乎所有的疲憊和應力腐蝕失效都發生在零件表面或靠近表面的地方,因而通過拋丸/噴丸強化導進壓應力可明顯地延長零件壽命。強化產生的殘余壓應力強度必須達到該零件材料的拉力強度一半。

   
很多金屬疲憊失效的首惡是拉應力。這些拉應力產生是由于交變載荷作用或生產過程如焊接、磨削、機加工形成的殘余應力。拉應力試圖將零件表面拉伸或拉伸,******導致裂紋的發生。而壓應力擠壓表層處的晶粒,使該區域的晶粒結構夯實、緊固地結合在一起,從而極大地延緩疲憊裂紋的形成。壓應力層下,細紋延展緩慢,因此增加壓應力層深度,能有效抑制裂紋發生和發展。本日,拋丸/噴丸強化工藝已被公以為最經濟、有效的防治金屬零件過早疲憊失效的技術。

    
拋丸/噴丸強化主要用于抗金屬疲憊。以下應力值與載荷次數關系圖,列述了與金屬疲憊相關的幾個參數點。

1.
疲憊載荷周期由成千上萬個重復的載荷作用次數構成,交變載荷形成的拉應力在零件表面起破壞性的拉伸作用

2.
拉應力的減少導致疲憊壽命的增加(載荷作用次數)圖表顯示,如拉應力減少32%,即38ksi262MPa),載荷壽命次數可增加300%,即150,000次。

拋丸/噴丸強化殘余應力

   
拋丸/噴丸強化形成的應力是壓應力,它能抵消或消減零件表面原來承受的破壞性的拉應力。拉應力越小,零件的使用壽命就越長。圖5展示的是一個典型的強化應力圖(見圖5

   
******壓應力-即為導進的壓應力******值,它一般發生在零件表面下最接近表層處。******壓應力值越高,抗疲憊裂紋的性能就越強。

   
壓應力層深度-即為零件表層下阻礙裂紋發展的壓應力層之深度。增加強化強度和撞擊能量就能增加應力層深度。要取得理想的抗裂紋延展效果,必須達到一定且較深的深度。

   
表面應力-該應力值一般小于******壓應力

載荷和殘余應力

   
零件強化后,在表面形成殘余應力。零件正式使用時,新遭遇交變應力和表面原來的殘余壓應力同時作用

   
對角線代表遭遇的拉應力,曲線代表強化后產生的殘余壓應力,實心線代表兩種應力綜合互抵,可見拉應力被大大抵消。

強化對于以下兩種情況效果特別明顯

l 應力誘導處
l 高強度材料

   
應力誘導包括圓角、缺口、跨孔、凹槽、鍵槽等。強化導進一個高強度、局部壓應力,從而抵消這些外形變化引起的拉應力集中。

   
對于高強度材料,壓應力與材料的拉伸強度直接關聯。材料拉伸強度越高,需要導進的壓應力也越大。高強度材料具有較堅固的晶體結構。晶格能抵抗較高程度的擠壓,從而能存儲更多的殘余應力。

殘余應力深度

   
殘余應力層深度受強化參數變化和材料硬度影響。圖1-7闡述了對5種材料進行拋丸/噴丸強化,其應力層深度和強化強度的關系。這5種材料包括:30HRC鋼,50HRC鋼,60HRC鋼,2024 鋁和6Al-4V肽。

拋丸/噴丸強化介質

   
強化使用的介質包括圓形的小鋼丸、不銹鋼切絲、搪瓷珠或玻璃珠。最常用的是鑄鋼丸。有時購,假如不希看零件在強化后表面可能留有一些鐵屑斑污,可選擇不銹鋼材料介質。

    
處理過的不銹鋼切絲,其優點是均勻、一致且高度耐用。比起鋼丸,它有更多種不同等級硬度和尺寸,可供選擇。

   
玻璃珠一般更小而輕,對于一些精密零件或易損零件,要求非常低的強化強度時,可考慮選擇該種介質。

介質硬度的影響

  
介質硬度會影響產生的壓應力強度(見圖1-8)。其硬度必須高于或至少等同于待強化零件的硬度,除非進行的只是表面光飾。對于大量有色或非有色金屬零件,一般硬度的鋼丸(45-52HRC)就可以滿足這個標準。

   
目前高強度、高硬度材料(50HRC以上)普遍使用于零件制造,促使特殊硬度鋼丸的普遍使用(55-62HRC

 

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