材料硬度对喷丸组织强化效果的影响

      目前用来表征金属材料表面力学特征较常见的指标是射线衍射谱线的半高宽和显微硬度人们普遍认为,材料的半高宽值越大,其硬度越高许多从事喷丸研究的学者从硬状态材料喷丸影响层半高宽减小的实验事实提出喷丸影响层发生了“加工软化”的观点,实验选用超高强度钢为实验材料,对其不同硬度的实验结果发现,喷丸使硬状态表面的半高宽大幅度减小,但使它们的表面屈服强度得到了提高。这说明用半高宽参量来推断表面的强度是不可靠的。本文由安徽快3预测一定牛抛丸机厂家整理

  关键词:硬度半高宽屈服强度喷丸

  1、引言

  大量的实验实事表明,喷丸可以大幅度提高材料的疲劳强度。一般认为除了在易于发生疲劳破坏的表面引入残余压应力外,材料的表面在喷九过程中所获得的组织强化也是改善疲劳性能的重要因素。材料的原始硬度对喷丸组织强化效果有很大的影响,这种组织强化效果一般用显微硬度和半高宽参量来表征,但是该二参量不是理想的指标,显微硬度与材料的弹性、塑性、加工硬化、强度和韧性等系列物理参量有关,是综合指标乏店,其测量值同时受残余应力等因素的影响。

  射线衍射线的半高宽代表材料的结构状态,只能间接地反映材料的力学特征。对同试样由上述二参量给出的结果有时会有很大差异阁。如果以显微硬度和半高宽作为判定组织强化效果的指标所得出的一般规律是软状态材料的喷丸组织强化效果较好,硬状态材料反而出现所谓的“几二软化,即金属硬状态材料在喷丸以后,表层的半高宽值减小,显微硬度降低,这说明材料发生了软化。另一方面,这种材料表层的残余应力不易弛豫,试样的高周疲劳性能大幅度提高,这说明喷丸使表层发生了组织强化。

  采用射线应力分析技术可以测量金属材料在外载作用下的实际应力,从而获得其真实应力—应变关系,由其可获得表面屈服强度和加工硬化指数。本文以它们为判据,研究材料的原始硬度对于喷丸组织强化效果的影响,结果表明硬状态材料喷丸组织强化不是所谓的“加工软化”

  2、试验方法

  2.1试验材料

  试验材料选用4mm厚40SiMnCrNiMoV超高强度钢的冷轧板材。其化学成分为WT%为0.37C,1.43Si,0.94Mn,1.02Cr,1.93Ni,0.53Mo,0.10V,0.0025S和0.001P。试样的长度方向与扎制方向一致。

  2.2热处理工艺

  退火工艺为℃保温小时,并以它作为软状态材料,测得它的硬度为。中硬状态和硬状态采用在盐炉中加热到℃保温分钟,油淬中硬状态材料的回火工艺为℃测得硬度为,硬状态的回火工艺为℃,测得硬度为HRC52。

  2.3表面处理

  所有试样分别通过磨削、化学腐蚀和电解抛光的方法去除表明的脱碳层,对于不喷丸试样都采用化学腐蚀和电解抛光的方法去除磨削影响层。

  2.4喷丸参数

  喷丸在气动式喷丸机上进行。喷嘴至试样表面的距离为150mm,覆盖率超过100%。所用钢丸直径均为0.6mm空气压力为0.3Mpa,Almen强度为0.37mmA。

  2.5X射线应力测定方法

  所用设备为MSF-2903X,射线应力测定仪,所选用的特征谱线和衍射晶面分别为CrK。线和a-Fe(211)面,采用单轴拉伸加载方式,纵向应力测量应用测倾法,横向应力测量应用常规法。

  3.试验结果与分析

  试验的测量结果如表1所示。表中的半高宽数据均为纵向应力测量和横向应力测量中的ψ0=0的实测结果的平均值,它们分为测量前和测量后两部分,其中前者系指在表层屈服强度测量过程中未加载时测试结果,它反映各表面的原始状态,而后者是指从较大外载应变下全部卸载后的测量结果,二者之差反映外载应变对半高宽的影响

  表1喷丸前后各参量随硬度的变化

  对于未喷丸试样表面的硬度、半高宽和表面屈服强度,软状态的数值较低,中硬状态的数值居中.

  硬状态的数值较高,三参量的这种正变关系,说明它们都可以在不同程度上正确地反映热处理条件对材料强度性能的影响。

  将表面屈服强度测量前后的半高宽数据加以比较可以发现,该测量过程中的塑性形变(一般不超过0.3%)使硬状态试样表面的半高宽值明显减小,而对于中硬状态或软状态试样表面的半高宽基本没有影响。

  与表面屈服强度测量过程中的小塑性形变对半高宽的作用一样,喷丸也使所有硬状态表面的半高宽值减小,但是减小的幅度要大的多,这是由于喷丸过程中引入的塑性变性量要大的多的缘故喷丸

  对于中硬状态的试样表面的半高宽的影响较小。对于软状态表面的半高宽,喷丸所引入的大塑性变形与表面屈服强度测量过程中引入的小塑性变形完全不同,软状态表面l身勺半高宽值明显增加。

  然而,喷丸使所有状态的表面屈服强度都得到了提高,其中软状态喷丸表面的屈)报强度达到了未喷丸状态的两倍多。

  同时,喷丸处理也使所有试样表面的加工硬化指数有不同程度的提高,也就是说.喷丸使这些金属表面的加工硬化能力得到提高。

  通过前而的分析,可以得出这样的结论,塑性形变可以使硬状态材料强化。而不是通常所认为的发生了“加工软化”。这一结论也与硬状态材料经过喷丸强化后疲劳性能得到提高相吻合。由此可见.表面屈服强度是比半高宽更为理想的参量,半高宽这个参量不能正确反}}央塑性变形对材料强度的影响。

  4.结论

  1.硬度、半高宽和表面屈服强度都可以在不同程度上正确反映热处理条件对材料强度特性影响。

  2.塑性形变使硬状态表面的半高宽值下降,但确使它们的表面屈服强度得到提高。这说明半高宽参量不能正确地反映塑性形变对硬状态材料的影响。同时也说明喷丸使硬状态材料的表层也发生了加工硬化,而不是加工软化。

  3.小塑性形变和喷丸对中硬表面的半高宽基本没有影响,但却使这类表面的屈服强度得到了提高这些结果说明,半高宽也不能正确反映塑性形变对中硬表面强度指标的影响。

  4未喷丸表面的半高宽越大,它们在塑性形变区间内得到的加工硬化指数也越大,喷丸使大多数表面塑性形变区间内的加工硬化能力得到提高

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