高強(qiáng)度鋼
!^v~hD$_q N:S2X+}( 由拋丸/噴丸強(qiáng)化引入的殘余壓應(yīng)力是最終拉應(yīng)力強(qiáng)度的一個(gè)百分比,該比率隨著零件材料本身強(qiáng)度/硬度增加而增加。高強(qiáng)度/硬度的
金屬更脆,且對(duì)表面缺陷更敏感。對(duì)其進(jìn)行拋丸/噴丸強(qiáng)化,能讓這些高強(qiáng)度金屬可以應(yīng)用在易發(fā)生疲勞的工作條件下。飛機(jī)起落架通常設(shè)計(jì)的疲勞強(qiáng)度為300 ksi (2068 MPa),結(jié)合拋丸/噴丸強(qiáng)化。
Yx,7e(AI` R,=8)OI2 沒(méi)經(jīng)過(guò)拋丸/噴丸強(qiáng)化的,機(jī)加工后的鋼制零件在硬度為30 HRC.左右能取得最佳的疲勞屬性。如材料強(qiáng)度/硬度超過(guò)這個(gè)水平,其疲勞強(qiáng)度會(huì)由于對(duì)表面缺口的敏感性和脆性增加而降低。通過(guò)導(dǎo)入的壓應(yīng)力,疲勞強(qiáng)度與增加的強(qiáng)度/硬度成比率提高。當(dāng)材料硬度為52 HRC,強(qiáng)化后的疲勞強(qiáng)度可達(dá)144 ksi (993 MPa),比未經(jīng)過(guò)強(qiáng)化的同樣材料抗疲勞強(qiáng)度增加了2倍多。
]VE3u_kR R*XZPzg% 利用拋丸/噴丸強(qiáng)化改善高強(qiáng)度/硬度零件的典型應(yīng)用包括對(duì)扳手和沖擊工具等。此外,表面的淺刮痕對(duì)于經(jīng)過(guò)拋丸/噴丸強(qiáng)化的高強(qiáng)度鋼的疲勞強(qiáng)度影響不大,而對(duì)于未經(jīng)強(qiáng)化的則破壞性很大。
~C>Q+tR8 ir>+p>s. 滲碳鋼
Kp1 F"! Ap;^\5 滲碳和滲氮都是
熱處理過(guò)程,能讓鋼表面具有非常高的硬度。通常在55~62 HRC。滲碳鋼強(qiáng)化的好處在于:
SBf=d<j 1) \Sv|yQUT ·在~200 ksi (1379 MPa)或更高的高應(yīng)力水平下,能提供卓越的疲勞屬性
J#t8xL ·減少表面晶格間因氧化而造成滲碳異常情況
$J,$_O6 n%iL+I 對(duì)于完全滲碳和滲氮處理過(guò)的零件,要取得最佳的抗疲勞屬性,建議使用硬度為55-62 HRC的丸料。
"r3h+(5 ~l{Qz0& 脫碳鋼
{fX~%%c" Ro<x#Uo 脫碳是在熱處理過(guò)程,鐵合金表面碳含量減少。脫碳會(huì)降低高強(qiáng)度鋼(240 ksi, 1650 MPa 或以上)的疲勞強(qiáng)度70-80%;能降低低強(qiáng)度鋼(2140-150 ksi, 965-1030 MPa)的疲勞強(qiáng)度45-55%。脫碳對(duì)于疲勞屬性的破壞力與脫碳層深度并無(wú)特別的關(guān)系。脫碳層在0.003英寸深度,其破壞力與0.030英寸深度是一樣的。
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n|d+ w"#rwV& 強(qiáng)化工藝被證實(shí)為一種有效的方法,能恢復(fù)大部分由于脫碳過(guò)程損失的疲勞強(qiáng)度。因?yàn)槎鄶?shù)零件的脫碳層不容易確定,所以當(dāng)懷疑零件有脫碳情況時(shí),建議對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化處理以確保零件完好的抗疲勞屬性。如果一個(gè)高硬度(58+ HRC)
齒輪在強(qiáng)化后,表面呈現(xiàn)異常的嚴(yán)重凹陷,這可能被懷疑有脫碳存在。脫碳還經(jīng)常伴有殘余奧氏體的不良冶金狀態(tài)。通過(guò)冷加工的拋丸/噴丸強(qiáng)化,能減少殘余奧氏體百分比。
.tyV=B:h {;zHkmx 奧貝球鐵
aNQ(xiskb Wg,@S*x( 改善過(guò)的奧貝球鐵在一些工程領(lǐng)域,能替代鑄鋼、鑄件、焊接件。它具有優(yōu)良強(qiáng)重比和耐磨性。奧貝球鐵在某些高強(qiáng)度應(yīng)用條件下,也能取代鋁,它的密度是鋁的2.5倍,而強(qiáng)度則是鋁的3倍以上。通過(guò)拋丸/噴丸強(qiáng)化,該材料的彎曲疲勞強(qiáng)度還能提高75%。某些等級(jí)的奧貝球鐵經(jīng)強(qiáng)化后,能媲比用于齒輪制造的滲碳鋼。
3>73s}3 81(\8#./ 鑄鐵
lA;^c) ?~#[cx 近年來(lái),球墨鑄鐵件的需求逐年增加,因?yàn)樗哂邢鄬?duì)較高的抗疲勞載荷性能。球墨鑄鐵件通常是沒(méi)經(jīng)過(guò)機(jī)加工,用于需承受載荷應(yīng)力工作狀況下。鑄件表面存在的缺陷,如氣孔、浮渣、片狀石墨等都會(huì)相當(dāng)程度地減低未經(jīng)機(jī)加工的珠光體球鐵疲勞屬性。根據(jù)鑄鐵件表面的缺陷狀況,零件疲勞極限嚴(yán)重的,會(huì)降低40%之多。
8Q{9AoQ3' 5MZv!N 拋丸/噴丸強(qiáng)化能改善表面存在小缺陷的鑄鐵件之疲勞屬性。比如,柴油機(jī)缸體內(nèi)襯護(hù)板件。在試驗(yàn)中使用了最大的強(qiáng)化強(qiáng)度,疲勞極限低于完全機(jī)加工過(guò)的零件樣本疲勞極限6%左右。如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)強(qiáng)化,疲勞極限低于完全機(jī)加工過(guò)的零件樣本疲勞極限20%。此外,從外觀看,經(jīng)過(guò)強(qiáng)化的鑄鐵件表面呈現(xiàn)拋光效果,光澤、光滑。
#o9CC)q5G :(tKc3z 鋁合金
OYn5k6 7!FiPH~kM 傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鋁合金(2000系列和7000系列)由于其具有高強(qiáng)重比,早已普遍應(yīng)用在航空領(lǐng)域。以下一些鋁合金材料在航空/航天制造業(yè)方面的應(yīng)用也逐漸增加,拋丸/噴丸強(qiáng)化工藝對(duì)其也具有很好的效果:
ko'V8r`V _bg Zl ·鋁鋰合金 (Al-Li)
!r/~D | ·等向性金屬基復(fù)合材料(MMC)
Fi\)ka\u ·鑄鋁 (Al-Si)
`w8cV? zb02\xvf 鈦
;X0uA? 0Q8iX) 高周疲勞(HCF) –鈦高周疲勞,比較了高性能歐洲賽車上所用的鈦合金
連桿之疲勞屬性。通過(guò)拋丸/噴丸強(qiáng)化,鈦合金連桿比鋼制連桿,重量減輕了40%而疲勞極限則增加了20%。肽材料低周疲勞(LCF)最常見的應(yīng)用是對(duì)于旋轉(zhuǎn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件(如渦輪盤、轉(zhuǎn)子、軸),這些零件在拋丸/噴丸強(qiáng)化后能提高耐用性。每一次的起飛和降落視為一個(gè)循環(huán)次數(shù)。
#N64ZXz_ $= 2[Q 低周疲勞(LCF) – 高周疲勞斷裂失效與低應(yīng)力水平相關(guān),低周疲勞斷裂失效與高應(yīng)力水平相關(guān)。
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> 對(duì)一個(gè)旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)零件上的燕尾槽進(jìn)行拋丸/噴丸強(qiáng)化后的結(jié)果。有2條未經(jīng)強(qiáng)化的基準(zhǔn)載荷曲線。使用了拋丸/噴丸強(qiáng)化后,循環(huán)疲勞曲線明顯改善。
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