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金属表面强化技术

发表时间:2020-03-24 17:11


机械零件的失效形式主要有磨损、腐蚀以及疲劳。各种类型的机械设备都会因为磨损、腐蚀以及疲劳等原因使设备寿命缩短,能耗提高。磨损、腐蚀以及疲劳都最先发生在零件表面,提高零件表面的机械性能显得尤为重要。表面技术是一门广博精深和具有极高实用价值的基础技术。也是一门新兴的边缘性科学。人们研究、开发和使用表面技术已有很长的历史。

表面处理的主要方法有表面淬火、化学热处理、喷丸、滚压、表面覆层、晶体重塑加工等工艺。表面处理技术要是使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;心部在保持一定的强度、硬度的条件下,具有足够的塑性和韧性,即表硬里韧。适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。



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喷丸、滚压是使钢件在常温下发生塑性变形,以提高其表面硬度并产生有利的残余压应力分布的表面强化工艺。研究表明,就破坏而言,金属材料表面存在拉应力时比压应力要容易的多,表面呈压应力时,材料的疲劳寿命大大提高,因此,对于轴类等容易疲劳断裂的部件通常采用喷丸形成表面压应力,提高产品寿命,此外,金属金属材料对拉伸很敏感,这就是材料的拉伸强度比压缩强度低的多的原因,这也是金属材料一般用拉伸强度(屈服,抗拉)表示材料性能的原因。



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一般喷丸越大,冲击能量较大,则喷丸强度地越大,表面形成硬化层,因为表层与心部存在明显的应力状态变化,硬化层在自然失效或外力作用下脱落,严重影响零件的使用。

金属表面晶体重塑技术是利用高频电能转换为机械能,在金属表面发生强烈的共振,金属晶粒中亚晶界断了,形成新的晶界,细化晶粒,从而强化金属表面。

金属表面晶体重塑处理与机加工完美结合,可应用于车床、磨床、加工中心等,可安排在机加工之后作为精加工部分。


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对40Cr材料进行电镜观察,表层晶粒被细化,这充分证明了金属晶体重塑技术的有效性。也可根据霍尔佩奇原理,细晶强化是用细化晶粒增加晶界提高强度,霍尔配奇公式为,其中为常数,K为晶界对强度影响的程度,d为多晶体中各晶粒的平均直径。在相同的外力作用下,细小晶粒的晶粒内部和晶界附近的应变相差较小,变形较均匀,相对来说,应力集中引起开裂的机会也较少,这就可能在断裂之前承受较大的变形量,所以可以得到较大的伸长率和断面收缩率。由于细晶粒金属中的裂纹不易产生也不易扩撒,因而在断裂过程中吸收了更多的能量,即表现出较高的韧性。



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