第二十四期 pen丸在零件表面引rude塑性变形对残余应lide影响
发布时间:2017/12/25 15:43:42

引 言                                                                                                    

    pen丸在零件表面引rude残余ya应li层是蔰ao蕄en丸效果de重要因素。该零件表层de残余yali层可yidi消wai部施加dela应li,从er可yi使零件在疲lao、fushi疲lao和应lifushide环境下提高其服役性能。因此,任he能gou影响表面应lishui平de因素都是fei常重要de。

    众所周知,一定温度下dere处理可yi降低零件na部de残余应lishui平。通常可yi通过消除应li退火defangfa降低零件表面de有害la应li。但是,一定温度下dere处理也可yi消除有yide表面残余ya应li,因此在一些标准gui范中,对于pen丸后de零件使jinzhire处理de。目前大家可能了解比较少de是,小de塑性应变能gou很大程度地影响pen丸后零件de残余应lifen布。有研究指出,对于pen丸后铝合金(AlCu5Mg2),ya和la塑性应变可yi改变表面de应lishui平。在材料表面上施加一个小dela塑性应变可yiba材料表层de原始残余ya应li改变为残余la应li。从ling一fang面来讲,ya塑性应变仅仅降低了表面残余ya应lishui平,er未能改变ya应lide符号。

    本pian文誰un饕刈⑺苄杂Ρ涠砸裵en丸材料de影响。本pian文誰un豢悸撬┘觗ela应变,这是因为la应变比ya应变de效果要大de多。xuanze两种常见de纯元素材料,tong和镍yiji三种钢铁材料-低碳钢(美guo条钢牌号B)、碳素钢(BS EN8)和低合金钢(BS EN30B)。对于两种纯元素材料,检测羢i浯伪聿鉪e残余应lifen布变化。采用相tong型号de丸料对yi上试块de两个主要de面进行pen丸强化。

试yan细节 

    用于研究de几种材料fen别为tong(99.99%),镍(0ji,99.92%镍),低碳钢(美guo条钢牌号B,0.05%),碳素钢(BS EN8,0.4%C,0.8%Mn)和低合金钢(BS EN30B,0.3%C,0.5%Mn,4.1%Ni,1.25%Cr,0.3%Mo)。

    试yan试样表面平整。tong和镍试样dechi寸为150mm×13.0mm×3.0mm,三种钢铁材料试样dechi寸为150mm×13.0mm×2.2mm。所有试样在pen丸前都进行了消除应li退火。tong和镍试样采用SAE 70de丸料yi5N(0.127mmN)祅a慷冉衟en丸。三种钢铁材料de试样采用SAE 110de丸料yi8A2(0.203mmA,A2型试片)祅a慷冉衟en丸。

    ba伸长计依次放ru到试样中,采用电子la伸测试设bei对试样施加la塑性应变。对于mei种材料,fen别对一系liede试样施加不tongde塑性应变。mei一个试样de应变可yi通过负zai/yan伸曲线进行筶ang恪>穌e塑性应变可使用移测xian微镜通过mei个微小dezuanshi形状deya痕得出。

    对tong和镍试样de次表层残余应li测试需要对材料进行连续jun匀de去除。可yi采用合shide溶液觤ei譯uangdefangfa实xian。试yan中只对试样de一个面进行化学抛guang并对材料去除后对残余应lide影响进行修正。

试yan和结果

    关于所施加de塑性应变对表面残余应lishui平de影响de研究结果如图1~5所shi。测试mei个张li试样在la伸伸zhan前后de表面应lishui平。对于所研究de五种材料,jun测试羢i鋚en丸后de应lifen布。该应lifen布defen散特征jun可归因于pen丸de变化性,即残余应li其本shende测试精度小于fen散度de四fenzhi一。所有五个应li/塑性应变曲线de形状junfei常相si。一个共tongde特征jiu是随着所施加de塑性应变de增加,残余应lishui平很快地降低到了零应li。应li变为零所对应de塑性应变可yi称zhi为“临jie应变”。tong、镍、低碳钢(美guo条钢牌号B)、碳素钢(BS EN8)、和低合金钢(BS EN30B)de临jie应变值fen别为0.30%、0.275%、1.1%、1.25%和0.30%。第二个共tong特征jiu是在临jie应变zhi后,随着塑性应变de进一步增加,试样表面de应li变为残余la应li。在图1~5中,jun存在一个zui大de残余la应lidian,该dian过后,随着塑性应变de增加,残余la应lishui平下降。tong、镍、低碳钢(美guo条钢牌号B)、碳素钢(BS EN8)、和低合金钢(BS EN30B)dezui大la应li值fen别为+160、+185、+375、+300和+260MPa。

    在tong和镍材料上对残余应lide进一步zhankai研究(包括应li层de连续去除)。研究结果如图6和图7所shi。结果xianshi出了一些有趣de特征。tong和镍pen丸后de残余ya应li层深jun为150μmzuo右。该层深过后,jiu出蟴hi瞬杏鄉a应li。在施加应变祅a榭鱿拢賘ie应变过后,其应lifen布与pen丸状tai相反,即表层为la应li层,erna部为与zhi平衡deya应li层。可yi推断出,随着临jie应变de增加,表面la应li层深会随zhi增加。对tong试样施加de应变为0.31%蔮ao晕⒊賘ie应变值0.3%),其应li层深为50μm,er对镍试样施加de应变为1.31%蔮aoń隙喑賘ie应变值0.275%),其应li层深为100μm。对tong试样施加次临jie应变0.25%蔮ao瑉e其应li状taixianshi为pen丸后状tai和应变1.31%状taide中间状tai。虽然其表层仍未ya应li状tai,但在次表层中xianshi出了应lishui平较低。

    在试样上也进行了塑性形变前后de金相和xian微硬度de研究。研究结果表明,(1)pen丸后状taide试样其硬化层和ya应li层深相si;(2)施加de塑性应变直zhi1.0%,试样表层dexian微硬度mei有明xian改变。

 

图1.pen丸后tong材料de残余应li/塑性yan伸曲线

 

图2. pen丸后镍材料de残余应li/塑性yan伸曲线 

图3. pen丸后低碳钢(美guo条钢牌号B,0.05%)de残余应li/塑性yan伸曲线

 

图4. pen丸后碳素钢(BS EN8)de残余应li/塑性yan伸曲线

 

图5.pen丸后低合金钢(BS EN30B)de残余应li/塑性yan伸曲线

 

图6. pen丸后yiji应变后tong材料de残余应li层深fen布

 

图7. pen丸后yiji应变后镍材料de残余应li层深fen布

讨论和结论

    所观察到dela塑性应变对残余应lide影响结果与其它报道de研究结果fei常一致。因此可yi推断如果临jiela塑性应变进一步增加,pen丸引rude表面残余ya应li有可能会发sheng反转成为残余la应li。这一结论fei常重要,因为pen丸后引rude残余ya应lide优势在一定条件下可能会消失。如果零件表面存在残余la应li,na么对该零件de服役性能是fei常不利de。erpen丸后de零件处在一个la塑性应变de环境中也不是mei有可能de。零件de偶然损害有可能会发sheng。变形de零件可能会需要进行校正。如果可能de话,上shu情况应该要避mian。有蔮ao匦聀en丸defangfa会被用于使零件bao持一定残余ya应li层深。

    从次表层残余应lide研究结果来看,应li反转并瞙uan嵯薅ㄔ趜ui表层。所引rude残余la应lide层深也可yi与原始deya应li层深da到相side状tai。

    从次表层残余应li变化所得到de结果fei常有限,只能具体地、定量地来解释试yan结果。如图8所shi,该图为简单deji理解释。图中xianshi了pen丸后de应lifen布为σRyiji沿截面祅aiγde变化fen布。表面祅ai要稍高一些。主要是因为pen丸带来de冷作硬化de效应。施加任意dela应liσA和σR,两者结合形成σCde应lifen布。当σAda到一个临jie值,na么σC会da到与na部屈服应li相tongde值。因磗i鋘a部jiu会发sheng永jiude塑性la伸变形。但是在该阶duan表层仅仅cheng受弹性变形。然后可yi获得残余应li发誫ou緅i理dejun匀塑性变形de典型状tai。na部de塑性yan伸变形被表层dela应li所di抗。na部塑性yan伸变形越大,na其表面de平衡li也越大。该增加de平衡li通过表面增加dela应lishui平和层深表xian出来。

    总zhi,需要指出de是,在pen丸后de材義ian校杂谒苄杂Ρ涠圆杏嘤ifen布de影响还有相当广kuode领域值得去探究。



 

图8.pen丸后试样经过la伸应变后de应lidie加图