关键金属构件滚压强化技术概述
2017-01-19 18:14:16
作者:本网整理 来源:金属材料科学与技术
问题来源
疲劳破坏是机械零件失效的主要原因之一,在机械零件失效中, 约有60 %以上属于疲劳破坏,内燃机的曲轴、列车的车轴、汽车的板簧等零件在工作中持续承受循环载荷, 时间一长, 零件的工作表面常常会产生疲劳裂纹, 裂纹逐渐扩展。最终导致零件的疲劳失效,且破坏前没有明显变形,疲劳破坏常常会造成重大事故。
滚压强化技术
表面滚压是用硬质、光滑的滚轮、滚柱或滚珠在零件表面滚动的同时向表面施加一定压力的过程。经过滚压后,材料弹性恢复并留下塑性变形部分,零件表面变得光滑而坚硬, 同时表层产生残留压缩应力。表面滚压对金属零件的强化作用主要体现在降低表面粗糙度、提高表面硬度、在表层产生残留压应力;此外, 还能提高零件的耐应力腐蚀性。
滚压强化机理
在滚压过程中,金属材料的表层及亚表层发生剧烈的塑性形变,具有细化晶粒的作用。通过用光滑滚轮进行滚压,可以减小零件表面粗糙度。滚压可以使材料表面裂纹愈合,同时可以引入残余压应力。
滚压强化技术优势
表面滚压是一种表面形变强化工艺, 它只改变材料的物理状态,并不改变材料的化学成分;表面滚压采用的工具和工艺比较简单,具有效率高、强化效果显著的特点;表面滚压作为一种塑性精加工工艺,可替代传统的磨削、研磨、抛光等工序, 作为工件的最终加工工艺;表面滚压加工不产生废屑、废液,有利于节能环保,符合“绿色制造”的新理念。
滚压强化工具
按施加载荷的特点,滚压工具可分为刚性滚压工具和弹性滚压工具。滚压工具的关键零件:滚轮、滚柱或滚珠。常用材料有:GCr15、CrWMn、Cr12、5CrNiMo、9SiCr、高速钢(如W18Cr4V、W9CrV2)、碳素工具钢(如T10A、T12A)等,材料热处理硬度范围: 58 -66 HRC,有时也采用也有采用硬质合金和红宝石材料。
滚压强化技术效果
普通冷滚压工艺可将零件表面粗糙度从Ra 2.5-10 μm减小到Ra 0.04 -0.8 μm;表面硬度可提高5%-50%, 硬化层深度可达0.5-1.5 mm,耐磨性可提高15%;经过滚压后,可消除零件表面在车削、磨削等工序中产生的有害拉应力,并产生对表面性能有利的压应力。球铁曲轴经过圆角滚压后,寿命可提高120 %-300 %;锻钢曲轴经过圆角滚压后,寿命可提高70 %-150 %。
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