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機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理探討論文
摘要：文章通過(guò)對(duì)機(jī)械加工工藝的強(qiáng)化原理進(jìn)行分析研究，并且根據(jù)當(dāng)前工藝設(shè)備以及強(qiáng)化原理的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理與強(qiáng)化工藝的關(guān)系進(jìn)行討論，從而分析出機(jī)械加工強(qiáng)化工藝的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；強(qiáng)化激勵(lì)；加工工藝
隨著我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步，為了保證我國(guó)工業(yè)可以穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)當(dāng)前工業(yè)領(lǐng)域所使用的材料以及零件的使用性能以及壽命提出了更高地要求，并且需要零件與材料必須適用于各種苛刻的環(huán)境當(dāng)中。對(duì)于零件而言，其材料的強(qiáng)度、摩擦磨損、腐蝕性以及耐熱性等都是影響零件使用壽命的重要因素，所以為了保證我國(guó)工業(yè)用料的正常穩(wěn)定，就必須對(duì)材料制造行業(yè)的技術(shù)提出更高地要求。
1機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理
從微觀的角度出發(fā)，材料當(dāng)中原子間的結(jié)合力越緊密，則材料的強(qiáng)度越高，所以材料的塑性變形可以通過(guò)滑移來(lái)完成并且可以通過(guò)對(duì)滑移受力進(jìn)行計(jì)算從而計(jì)算出臨界盈利。但是，材料的實(shí)際強(qiáng)度要遠(yuǎn)弱于臨界應(yīng)力所計(jì)算出的實(shí)際強(qiáng)度，從而根據(jù)實(shí)際計(jì)算效果而得出晶體位錯(cuò)理論。這種理論的主要內(nèi)容以材料當(dāng)中的晶體位錯(cuò)為前提，從而利用位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)塑性變形，但是其設(shè)計(jì)道德范圍僅僅是幾列原子。雖然這種結(jié)論與實(shí)際材料強(qiáng)度依然存在一定的差距，所以可以根據(jù)這種差異性來(lái)保證材料強(qiáng)化機(jī)理的可靠性。在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，通常是增大材料當(dāng)中晶體的錯(cuò)位密度，從而設(shè)置出障礙阻擋晶體的移動(dòng)，造成位錯(cuò)源活動(dòng)，并且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需要根據(jù)材料的實(shí)際種類(lèi)以及強(qiáng)化機(jī)制，強(qiáng)化機(jī)制可以分為固溶強(qiáng)化、輻照強(qiáng)化、擇優(yōu)取向強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化等等，從而根據(jù)加工設(shè)備以及加工方法對(duì)不同材料進(jìn)行滾壓工藝、軋制工藝、磨削強(qiáng)化工藝以及激光沖擊強(qiáng)化工藝。
�。�1）錯(cuò)位強(qiáng)化。雖然在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，臨界切應(yīng)力會(huì)由于材料晶體錯(cuò)位小于理論值，但是通過(guò)晶體的互相纏繞與作用，可以增大材料的位錯(cuò)密度，從而增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的困難度，增強(qiáng)材料的強(qiáng)度，提高材料的強(qiáng)度與硬度。由于這種反應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中較為復(fù)雜，雖然建立了仿真模型，但是只能定性描述金屬?gòu)?qiáng)度中的位錯(cuò)行為。并且根據(jù)位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制，材料在生產(chǎn)過(guò)程中流變應(yīng)力的滑移面當(dāng)中有足夠的數(shù)量在一定的時(shí)間內(nèi)對(duì)其限度以及位錯(cuò)間距所需的應(yīng)力進(jìn)行掃描。并且其生產(chǎn)數(shù)據(jù)會(huì)等于位錯(cuò)滑移面上運(yùn)動(dòng)所受到的阻力，并且通過(guò)位錯(cuò)強(qiáng)化，材料的流變應(yīng)力會(huì)分為晶格阻力與錯(cuò)位強(qiáng)化貢獻(xiàn)。
�。�2）晶界強(qiáng)化。材料的位錯(cuò)會(huì)受到晶粒中晶界的阻礙受到一定的影響，并且在材料發(fā)生變形的過(guò)程中，其位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的阻力，并且當(dāng)晶界成為位錯(cuò)源的時(shí)候，密度會(huì)不斷增大，進(jìn)而提高材料強(qiáng)度，并且隨著材料強(qiáng)度增加，會(huì)發(fā)生直接作用以及間接作用。當(dāng)晶界本身會(huì)隨著晶體內(nèi)的滑移產(chǎn)生的阻力，從而產(chǎn)生直接強(qiáng)化作用，但是這種位錯(cuò)塞積會(huì)產(chǎn)生明顯的阻礙作用，并且其應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生較高的集中效果，從而影響晶體的變形效果。而進(jìn)行間接作用的過(guò)程中，通過(guò)晶體隨著晶體的彈性以及變形的相容性會(huì)產(chǎn)生一定的變化，并且讓晶體當(dāng)中的滑移以及多滑移產(chǎn)生集中的高應(yīng)力，從而提高了晶體的強(qiáng)度。
（3）應(yīng)變強(qiáng)化。在材料變形的過(guò)程中，由于應(yīng)變強(qiáng)化會(huì)使材料中原有的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生各種附加位錯(cuò)，并且在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中互相產(chǎn)生作用，并且隨著定位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)會(huì)使之前產(chǎn)生的位錯(cuò)造成一定的阻礙，從而增加了材料的強(qiáng)度。應(yīng)變強(qiáng)化又被稱(chēng)為加工硬化，通常應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)于晶體材料的硬化加工而言共有易滑移階段、線性硬化階段、動(dòng)態(tài)恢復(fù)硬化階段等三個(gè)階段。在易滑移階段，加工硬化速率會(huì)不斷降低，并且速率會(huì)受到材料晶體結(jié)構(gòu)、位向以及材料當(dāng)中存在雜質(zhì)的影響。而線性硬化階段的加工硬化速率會(huì)不斷變高，并且與材料的應(yīng)變量呈現(xiàn)出線性關(guān)系，不過(guò)在這個(gè)階段硬化速率不易受到材料的成分以及晶體位向的影響。而動(dòng)態(tài)恢復(fù)硬化階段的過(guò)程中，在這個(gè)階段硬化的速率會(huì)不斷降低，反應(yīng)過(guò)程中呈拋物線，并且在這個(gè)階段反應(yīng)速率會(huì)受到變形溫度、層錯(cuò)能以及應(yīng)變率的影響，應(yīng)力在變形過(guò)程中影響較小，這個(gè)階段會(huì)隨著材料的盈利飽和點(diǎn)結(jié)束。
�。�4）擇優(yōu)取向強(qiáng)化。在加工材料的過(guò)程中可以通過(guò)材料的6精力擇優(yōu)取向來(lái)提高材料強(qiáng)度，并且塑性材料在發(fā)生變形的過(guò)程中通過(guò)晶粒擇優(yōu)取向會(huì)產(chǎn)生形變織構(gòu)，并且這種強(qiáng)化機(jī)理會(huì)產(chǎn)生纖維織構(gòu)與板織構(gòu)兩種結(jié)果。而且在加工的過(guò)程中，材料的組織會(huì)隨著形變織構(gòu)的強(qiáng)化均勻化，材料當(dāng)中的精力會(huì)以向線結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行排列。其中，形變織構(gòu)的模型主要由全約束與半約束組成。形變織構(gòu)在強(qiáng)化的過(guò)程中，其效果會(huì)受到材料的成分、結(jié)構(gòu)、變化溫度、處理工藝等因素的影響，在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，其形變溫度不斷降低，會(huì)使形變織構(gòu)不斷增強(qiáng)，如果形變溫度不斷增高的話，會(huì)讓材料的結(jié)晶晶體變大，使材料晶體變大，導(dǎo)致其內(nèi)部組織不穩(wěn)定，降低了強(qiáng)度。
2機(jī)械加工強(qiáng)化工藝
�。�1）噴丸強(qiáng)化。在完全人工控制的狀態(tài)下，進(jìn)行噴丸強(qiáng)化的過(guò)程中，將大量的彈丸噴射到材料表面，從而使材料表層當(dāng)中的晶粒細(xì)化以及塑性產(chǎn)生變形，讓材料呈現(xiàn)出理想的組織結(jié)構(gòu)，并且殘余應(yīng)力的不斷強(qiáng)化，會(huì)提高材料的強(qiáng)度以及使用壽命。噴丸強(qiáng)化工藝是當(dāng)前使用最廣泛的表面強(qiáng)化工藝，這種強(qiáng)化工藝的加工效率高，并且操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低，使材料表面硬度以及使用壽命得到增加。并且靈活的使用噴丸工藝可以增強(qiáng)材料的抗腐蝕能力，對(duì)交變應(yīng)力以及應(yīng)力腐蝕下使用的材料與零件進(jìn)行加工的過(guò)程中，噴完強(qiáng)化是最為合適的工藝。
�。�2）激光沖擊強(qiáng)化。激光沖擊強(qiáng)化屬于噴丸強(qiáng)化的新工藝形式，但是由于設(shè)備的不同以及工藝存在一定的特殊性，導(dǎo)致這種加工方法被歸結(jié)為另一種材料加工工藝。激光沖擊強(qiáng)化工作通常是利用高功率密度、短脈沖的強(qiáng)激光穿透材料的約束層，從而使材料表面上的能量吸收激光，使其表面的能量汽化，汽化之后的蒸汽會(huì)不斷吸收激光當(dāng)中的能量，并且形成離子體發(fā)生爆炸，而這些爆炸物被限制在約束層與材料表面之后，其壓力會(huì)不斷升高，從而產(chǎn)生強(qiáng)應(yīng)力波向材料內(nèi)部擴(kuò)散，當(dāng)壓力大于一定的等級(jí)之后，會(huì)使材料產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，從而使零件表層組織當(dāng)中的密度極具增大，導(dǎo)致表層晶粒不斷細(xì)化，從而讓材料強(qiáng)度不斷增強(qiáng)，并且提高了材料的表面硬度以及流變強(qiáng)度。這種加工工藝會(huì)受到材料的涂層、約束層厚度、激光波長(zhǎng)、激光功率以及沖擊方式等影響，其中對(duì)材料的強(qiáng)化效果最明顯的是激光功率密度，所以在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，需要根據(jù)激光誘導(dǎo)以及沖擊波壓力對(duì)激光功率的密度進(jìn)行控制。
�。�3）滾壓強(qiáng)化。滾壓強(qiáng)化工藝的工作原理是通過(guò)對(duì)材料表面進(jìn)行滾壓，從而產(chǎn)生一定的壓力，利用材料的彈塑性變形，改變材料當(dāng)中的金屬組織結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、形狀與尺寸以及其機(jī)械特性發(fā)生改變。在進(jìn)行滾壓強(qiáng)化的過(guò)程中，可以對(duì)材料的強(qiáng)度及光整形進(jìn)行強(qiáng)化。在大部分的生產(chǎn)情況當(dāng)中，滾壓強(qiáng)化可以代替材料的表面處理，并且對(duì)材料的精加工工序也有著促進(jìn)作用，輥壓加工材料表面層的受壓面型會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生彈性變形以及塑性變形。但是如果滾壓強(qiáng)化工藝的滾壓力超過(guò)一定屈服點(diǎn)的時(shí)候，材料晶粒會(huì)發(fā)生滑移、位錯(cuò)與破碎的情況，并且產(chǎn)生塑性變形，在滾壓工具離開(kāi)之后，彈性變形的恢復(fù)會(huì)受到表層塑性變形的影響，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到強(qiáng)化材料強(qiáng)度的目的。
3結(jié)語(yǔ)
材料強(qiáng)化工藝是保證工業(yè)材料強(qiáng)度、材料抗腐蝕性、耐熱性等因素的重要技術(shù)，發(fā)展機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理以及材料強(qiáng)化工藝是保證我國(guó)工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要條件，通過(guò)加強(qiáng)科研力度，對(duì)加工強(qiáng)化激勵(lì)以及強(qiáng)化工藝當(dāng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析與研究，并且通過(guò)科學(xué)合理的解決方法，保證我國(guó)工藝可以穩(wěn)定發(fā)展。
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