第四章+表面形变强化
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表面形变强化名词解释
表面形变强化是一种提高材料力学性能的方法,通过增加材料表面的形变量,使其具有更高的强度和硬度。
这种方法可以通过不同的方式实现,例如通过表面冷加工、化学处理或涂层等方法。
通过表面形变强化,材料的表面形成了许多细小的颗粒、晶粒或微结构,这些微观结构的存在可以增加材料的塑性变形能力并阻碍位错的移动,从而提高材料的强度和硬度。
此外,表面形变强化还可以改善材料的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳寿命等性能。
摘要腐蚀、磨损、断裂是机械零部件的三大失效形式,其中以断裂失效带来的灾难与损失最大,而断裂失效中疲劳失效所占比例最高,民用机器零部件约占40%~50%,而军用和航空飞行的零部件则高达90%。
可见,研究疲劳断裂、探索疲劳断裂机制至关重要,表面形变强化处理是提高机器零部件疲劳寿命最为有效的手段。
关键词:失效,断裂失效,疲劳断裂,表面形变强化表面形变强化基本原理表面形变强化基本原理是通过机械手段(滚压、内挤压和喷丸等)在金属表面产生压缩变形,使表面形成形变硬化层。
此形变硬化层的深度可达0.5mm~1.5mm。
硬化层中产生两种变化:一是在组织结构上,亚晶粒极大地细化,位错密度增加,晶格畸变度增大;二是形成了高的宏观残余压应力。
这两种变化使得金属表面的强度硬度得到了很大的提高,疲劳寿命也有了很大的改观。
喷丸强化1、喷丸表面强化原理喷丸强化是当前国内外广泛应用的一种表面强化方法,它是将大量的高速运动的弹丸(铸铁丸、钢丸、玻璃丸、硬质合金丸等)喷射到零件表面,犹如无数的小锤反复锤击金属表面,使零件表层和次表层金属发生一定的塑性变形、从而在塑性变形层中产生金属特有的冷作硬化,还产生一层残余压应力。
从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。
它已被广泛用于弹簧、齿轮、链条、铀、叶片、火车轮等零部件这个技术的关键是要根据零件的材料和形状特点控制弹丸流的速度和控制零件表面与弹丸流之间的相对运动。
2、喷丸强化用弹丸喷丸强化最常用的主要有钢丝切丸、铸钢丸、玻璃丸三种。
喷丸强化用的弹丸必须具备以下特征:a)较高硬度和强度;b)应考虑弹丸质量、密度及规格大小之间的关系;c)要求弹丸不破碎,耐磨损,使用寿命长;(1)钢丝切丸钢丝切丸是用回火高强度钢丝经切割制成,目前使用最多的是用弹簧钢做成的钢丸,它的最适宜的硬度为HRC=45~50。
它的成本较高,因两端由棱角会划伤工件表面,在欧美工业发达国家已经大量使用预钝化去棱角-磨角钢丝切丸。
原理:通过机械手段在金属表面产生压缩变形,使表面形成形变硬化层,微观是晶粒间产生位错,晶粒变形或破碎——细晶强化。
方法:表面锤击,表面滚压,内挤压,喷丸,超声冲击。
应用:使模具表面产生冷作硬化,改善模具表面粗糙度,有效去除电火花加工产生额表面变质层,提高模具疲劳强度,抗冲击,磨损性能,从而达到提高模具使用寿命的目的。
表面淬火原理:通过对工件表面快速加热与淬火冷却相结合的方法来实现。
种类:感应加热表面淬火,火焰加热淬火,电接触加热淬火,电解液加热淬火,高能束加热淬火。
特点:1得到好的硬化层,工件变形小,通常不用后续加工。
2无接触加热,冷却靠自身热传导。
3局部淬火。
4自动化加工。
热扩渗技术原理:通过加热、扩散方式使欲渗金属或非金属材料式工件表面,形成表面合金层的工艺。
条件:1渗入元素能与基体金属形成化合物。
2欲渗元素与基材紧密接触。
3有一定渗入速度。
4对于靠化学反应提供活性原子的工艺满足热力学条件。
机理:1产生渗剂元素活性原子并提供给基体金属表面。
2渗剂元素活性原子吸附基体金属上。
3渗剂元素原子在高温下向基体内部扩散。
种类:渗碳,渗氮,碳氮共渗,渗硼,渗金属堆焊技术原理:用焊接方法将堆焊材料融化,在金属材料和工件表面堆覆一个耐磨、耐蚀的合金属。
分类:电弧堆焊,等离子体堆焊,电渣堆焊,氧—乙炔火焰堆焊。
定义:将喷涂材料经特定热源加热至熔融或半熔融状态,通过高速气流使其雾化并喷射到工件表面,形成耐磨、耐蚀以及抗高温等特殊性能涂层的一种表面加工方法。
过程:1加热2雾化3加速飞行4堆积涂层组成:气孔,氧化物,涂层变形颗粒特点:1喷涂材料和基材不受限制2涂层材料广泛3零件没有尺寸形状限制4除火焰喷涂外,其他基材温度较低低压等离子喷涂原理:在低压条件下,将金属或非金属粉末送入刚性非转特型等离子弧焰中,加热至熔融状态随离子焰高速喷涂并沉积到预先处理的工件表面,形成一个特殊性能的涂层。
设备:真空喷涂室电源水路供气系统特点:1低压密闭室内进行2粉末完全均匀熔融喷涂3空隙率低4工件预热温度高活化基材表面5冷却慢应力小不易开裂6通入惰性气体不易氧化7能获得不同性能涂层失效分析失效分析1失效2形式:弯曲镦粗塑性变形失效3原因强度不足,刚度不足A材料本身:高温工作过程中,材料的屈服强度低,而产生了塑性变形工艺热处理:室温工作时,选用高强度钢并做硬化处理高温下工作时,选用蠕变强度高的热强钢并做热处理B工作环境:冲击,腐蚀,高温C装配尺寸:镦粗气相沉积(物理化学)联系:1两者都为气体沉积成膜2两种方法得到的涂层成分基本相同区别:1反应方式不同:化学气相沉积利用化学反应物理气相沉积利用蒸发辉光放电和弧光放电2压强不同:化学…是在低压或常压下,物理…是在带负偏压3温度不同:化学…在高温下,物理..在温度较低下4化学模强度高,精度高,可以形成多层性5化学气相沉积的绕镀性好水溶液沉积表面强化一电镀1在含镀层金属的溶液中,被镀材料做阴极,镀层材料或不溶性材料作阳极,在直流电作用下,被镀材料表面获得镀层的方法。