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材料硬度對噴丸組織強化效果的影響

      目前用來表征金屬材料表面力學特征較常見的指標是射線衍射譜線的半高寬和顯微硬度人們普遍認為,材料的半高寬值越大,其硬度越高許多從事噴丸研究的學者從硬狀態材料噴丸影響層半高寬減小的實驗事實提出噴丸影響層發生了“加工軟化”的觀點,實驗選用超高強度鋼為實驗材料,對其不同硬度的實驗結果發現,噴丸使硬狀態表面的半高寬大幅度減小,但使它們的表面屈服強度得到了提高。這說明用半高寬參量來推斷表面的強度是不可靠的。本文由青島普華拋丸機廠家整理

  關鍵詞:硬度半高寬屈服強度噴丸

  1、引言

  大量的實驗實事表明,噴丸可以大幅度提高材料的疲勞強度。一般認為除了在易于發生疲勞破壞的表面引入殘余壓應力外,材料的表面在噴九過程中所獲得的組織強化也是改善疲勞性能的重要因素。材料的原始硬度對噴丸組織強化效果有很大的影響,這種組織強化效果一般用顯微硬度和半高寬參量來表征,但是該二參量不是理想的指標,顯微硬度與材料的彈性、塑性、加工硬化、強度和韌性等系列物理參量有關,是綜合指標乏店,其測量值同時受殘余應力等因素的影響。

  射線衍射線的半高寬代表材料的結構狀態,只能間接地反映材料的力學特征。對同試樣由上述二參量給出的結果有時會有很大差異閣。如果以顯微硬度和半高寬作為判定組織強化效果的指標所得出的一般規律是軟狀態材料的噴丸組織強化效果較好,硬狀態材料反而出現所謂的“幾二軟化,即金屬硬狀態材料在噴丸以后,表層的半高寬值減小,顯微硬度降低,這說明材料發生了軟化。另一方面,這種材料表層的殘余應力不易弛豫,試樣的高周疲勞性能大幅度提高,這說明噴丸使表層發生了組織強化。

  采用射線應力分析技術可以測量金屬材料在外載作用下的實際應力,從而獲得其真實應力—應變關系,由其可獲得表面屈服強度和加工硬化指數。本文以它們為判據,研究材料的原始硬度對于噴丸組織強化效果的影響,結果表明硬狀態材料噴丸組織強化不是所謂的“加工軟化”

  2、試驗方法

  2.1試驗材料

  試驗材料選用4mm厚40SiMnCrNiMoV超高強度鋼的冷軋板材。其化學成分為WT%為0.37C,1.43Si,0.94Mn,1.02Cr,1.93Ni,0.53Mo,0.10V,0.0025S和0.001P。試樣的長度方向與扎制方向一致。

  2.2熱處理工藝

  退火工藝為℃保溫小時,并以它作為軟狀態材料,測得它的硬度為。中硬狀態和硬狀態采用在鹽爐中加熱到℃保溫分鐘,油淬中硬狀態材料的回火工藝為℃測得硬度為,硬狀態的回火工藝為℃,測得硬度為HRC52。

  2.3表面處理

  所有試樣分別通過磨削、化學腐蝕和電解拋光的方法去除表明的脫碳層,對于不噴丸試樣都采用化學腐蝕和電解拋光的方法去除磨削影響層。

  2.4噴丸參數

  噴丸在氣動式噴丸機上進行。噴嘴至試樣表面的距離為150mm,覆蓋率超過100%。所用鋼丸直徑均為0.6mm空氣壓力為0.3Mpa,Almen強度為0.37mmA。

  2.5X射線應力測定方法

  所用設備為MSF-2903X,射線應力測定儀,所選用的特征譜線和衍射晶面分別為CrK。線和a-Fe(211)面,采用單軸拉伸加載方式,縱向應力測量應用測傾法,橫向應力測量應用常規法。

  3.試驗結果與分析

  試驗的測量結果如表1所示。表中的半高寬數據均為縱向應力測量和橫向應力測量中的ψ0=0的實測結果的平均值,它們分為測量前和測量后兩部分,其中前者系指在表層屈服強度測量過程中未加載時測試結果,它反映各表面的原始狀態,而后者是指從較大外載應變下全部卸載后的測量結果,二者之差反映外載應變對半高寬的影響

  表1噴丸前后各參量隨硬度的變化

  對于未噴丸試樣表面的硬度、半高寬和表面屈服強度,軟狀態的數值較低,中硬狀態的數值居中.

  硬狀態的數值較高,三參量的這種正變關系,說明它們都可以在不同程度上正確地反映熱處理條件對材料強度性能的影響。

  將表面屈服強度測量前后的半高寬數據加以比較可以發現,該測量過程中的塑性形變(一般不超過0.3%)使硬狀態試樣表面的半高寬值明顯減小,而對于中硬狀態或軟狀態試樣表面的半高寬基本沒有影響。

  與表面屈服強度測量過程中的小塑性形變對半高寬的作用一樣,噴丸也使所有硬狀態表面的半高寬值減小,但是減小的幅度要大的多,這是由于噴丸過程中引入的塑性變性量要大的多的緣故噴丸

  對于中硬狀態的試樣表面的半高寬的影響較小。對于軟狀態表面的半高寬,噴丸所引入的大塑性變形與表面屈服強度測量過程中引入的小塑性變形完全不同,軟狀態表面l身勺半高寬值明顯增加。

  然而,噴丸使所有狀態的表面屈服強度都得到了提高,其中軟狀態噴丸表面的屈)報強度達到了未噴丸狀態的兩倍多。

  同時,噴丸處理也使所有試樣表面的加工硬化指數有不同程度的提高,也就是說.噴丸使這些金屬表面的加工硬化能力得到提高。

  通過前而的分析,可以得出這樣的結論,塑性形變可以使硬狀態材料強化。而不是通常所認為的發生了“加工軟化”。這一結論也與硬狀態材料經過噴丸強化后疲勞性能得到提高相吻合。由此可見.表面屈服強度是比半高寬更為理想的參量,半高寬這個參量不能正確反}}央塑性變形對材料強度的影響。

  4.結論

  1.硬度、半高寬和表面屈服強度都可以在不同程度上正確反映熱處理條件對材料強度特性影響。

  2.塑性形變使硬狀態表面的半高寬值下降,但確使它們的表面屈服強度得到提高。這說明半高寬參量不能正確地反映塑性形變對硬狀態材料的影響。同時也說明噴丸使硬狀態材料的表層也發生了加工硬化,而不是加工軟化。

  3.小塑性形變和噴丸對中硬表面的半高寬基本沒有影響,但卻使這類表面的屈服強度得到了提高這些結果說明,半高寬也不能正確反映塑性形變對中硬表面強度指標的影響。

  4未噴丸表面的半高寬越大,它們在塑性形變區間內得到的加工硬化指數也越大,噴丸使大多數表面塑性形變區間內的加工硬化能力得到提高

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