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資訊分類

不同材料零件的噴丸強化

2014-02-19 18:13
  高強度鋼
 
  由拋丸/噴丸強化引入的殘余壓應力是最終拉應力強度的一個百分比,該比率隨著零件材料本身強度/硬度增加而增加。高強度/硬度的金屬更脆,且對表面缺陷更敏感。對其進行拋丸/噴丸強化,能讓這些高強度金屬可以應用在易發生疲勞的工作條件下。飛機起落架通常設計的疲勞強度為300 ksi (2068 MPa),結合拋丸/噴丸強化。
 
  沒經過拋丸/噴丸強化的,機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。如材料強度/硬度超過這個水平,其疲勞強度會由于對表面缺口的敏感性和脆性增加而降低。通過導入的壓應力,疲勞強度與增加的強度/硬度成比率提高。當材料硬度為52 HRC,強化后的疲勞強度可達144 ksi (993 MPa),比未經過強化的同樣材料抗疲勞強度增加了2倍多。
 
  利用拋丸/噴丸強化改善高強度/硬度零件的典型應用包括對扳手和沖擊工具等。此外,表面的淺刮痕對于經過拋丸/噴丸強化的高強度鋼的疲勞強度影響不大,而對于未經強化的則破壞性很大。
 
  滲碳鋼
 
  滲碳和滲氮都是熱處理過程,能讓鋼表面具有非常高的硬度。通常在55~62 HRC。滲碳鋼強化的好處在于:
 
  ·在~200 ksi (1379 MPa)或更高的高應力水平下,能提供卓越的疲勞屬性·減少表面晶格間因氧化而造成滲碳異常情況
 
  對于完全滲碳和滲氮處理過的零件,要取得最佳的抗疲勞屬性,建議使用硬度為55-62 HRC的丸料。
 
  脫碳鋼
 
  脫碳是在熱處理過程,鐵合金表面碳含量減少。脫碳會降低高強度鋼(240 ksi, 1650 MPa或以上)的疲勞強度70-80%;能降低低強度鋼(2140-150 ksi, 965-1030 MPa)的疲勞強度45-55%。脫碳對于疲勞屬性的破壞力與脫碳層深度并無特別的關系。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。
 
  強化工藝被證實為一種有效的方法,能恢復大部分由于脫碳過程損失的疲勞強度。因為多數零件的脫碳層不容易確定,所以當懷疑零件有脫碳情況時,建議對其進行強化處理以確保零件完好的抗疲勞屬性。如果一個高硬度(58+ HRC)齒輪在強化后,表面呈現異常的嚴重凹陷,這可能被懷疑有脫碳存在。脫碳還經常伴有殘余奧氏體的不良冶金狀態。通過冷加工的拋丸/噴丸強化,能減少殘余奧氏體百分比。
 
  奧貝球鐵
 
  改善過的奧貝球鐵在一些工程領域,能替代鑄鋼、鑄件、焊接件。它具有優良強重比和耐磨性。奧貝球鐵在某些高強度應用條件下,也能取代鋁,它的密度是鋁的2.5倍,而強度則是鋁的3倍以上。通過拋丸/噴丸強化,該材料的彎曲疲勞強度還能提高75%。某些等級的奧貝球鐵經強化后,能媲比用于齒輪制造的滲碳鋼。
 
  鑄鐵
 
  近年來,球墨鑄鐵件的需求逐年增加,因為它具有相對較高的抗疲勞載荷性能。球墨鑄鐵件通常是沒經過機加工,用于需承受載荷應力工作狀況下。鑄件表面存在的缺陷,如氣孔、浮渣、片狀石墨等都會相當程度地減低未經機加工的珠光體球鐵疲勞屬性。根據鑄鐵件表面的缺陷狀況,零件疲勞極限嚴重的,會降低40%之多。
 
  拋丸/噴丸強化能改善表面存在小缺陷的鑄鐵件之疲勞屬性。比如,柴油機缸體內襯護板件。在試驗中使用了最大的強化強度,疲勞極限低于完全機加工過的零件樣本疲勞極限6%左右。如果沒有經過強化,疲勞極限低于完全機加工過的零件樣本疲勞極限20%。此外,從外觀看,經過強化的鑄鐵件表面呈現拋光效果,光澤、光滑。
 
  鋁合金
 
  傳統的高強度鋁合金(2000系列和7000系列)由于其具有高強重比,早已普遍應用在航空領域。以下一些鋁合金材料在航空/航天制造業方面的應用也逐漸增加,拋丸/噴丸強化工藝對其也具有很好的效果:
 
  ·鋁鋰合金(Al-Li) ·等向性金屬基復合材料(MMC) ·鑄鋁(Al-Si) 
 
  鈦
 
  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。通過拋丸/噴丸強化,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)最常見的應用是對于旋轉渦輪發動機零件(如渦輪盤、轉子、軸),這些零件在拋丸/噴丸強化后能提高耐用性。每一次的起飛和降落視為一個循環次數。
 
  低周疲勞(LCF)–高周疲勞斷裂失效與低應力水平相關,低周疲勞斷裂失效與高應力水平相關。
 
  對一個旋轉發動機零件上的燕尾槽進行拋丸/噴丸強化后的結果。有2條未經強化的基準載荷曲線。使用了拋丸/噴丸強化后,循環疲勞曲線明顯改善。
 
  鎂
 
  鎂合金通常不需要進行抗疲勞處理。但如果考慮到降低重量,改善零件強-重比的時,利用拋丸/噴丸強化能提高零件25-35%的疲勞強度。
 
  粉末冶金
 
  合理的強化能延長合金燒結鋼耐疲勞極限22%。汽車零件如齒輪、連桿是粉末冶金材質進行強化的典型應用,特別對于高密度的粉末冶金鍛造件,強化以提高疲勞屬性非常有效。通過拋丸/噴丸強化,使表面致密化,能極大地提高疲勞極限度,特別適用于長期處于彎曲疲勞服役條件下的零件。
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