Влияет ли дробь из стальной рубленой проволоки на усталостную долговечность материалов в процессе дробеструйной обработки?

Влияние дроби Steel Cut Wire Shot на усталостную долговечность материала во время взрывных работ является сложным и многогранным вопросом, тесно связанным с параметрами взрывных работ, свойствами материала и условиями эксплуатации. Далее будет подробно рассмотрено с различных точек зрения на механизм и факторы, влияющие на него.

1. Основной принцип дробеструйной обработки и роль стальной дроби

Дробеструйная обработка представляет собой вид высокоэнергетических частиц (например, стальной дроби) посредством удара для изменения физической, механической и микроструктуры поверхности и приповерхностного слоя заготовки. Основные роли стальной дроби как широко используемого дробеструйного материала в процессе дробеструйной обработки включают:

Введение сжимающего напряжения: После высокоскоростного удара стальной дроби по поверхности материала в поверхностном слое образуются остаточные сжимающие напряжения, которые могут компенсировать или уменьшить растягивающее напряжение, вызванное приложенной нагрузкой, тем самым значительно повышая усталостную прочность материала.

Упрочнение поверхности: воздействие стальной дроби вызывает пластическую деформацию поверхностного металла, что приводит к измельчению зерна и повышению твердости, повышению износостойкости и трещиностойкости материала.

Эффект очистки: Дробеструйная обработка удаляет поверхностные загрязнения, оксидные слои и микротрещины, тем самым снижая начальную точку образования усталостных трещин.

2. Положительное влияние на усталостную долговечность материала

Способность дробеструйной обработки стали значительно увеличивать усталостную долговечность материалов объясняется следующими аспектами:

Введены остаточные напряжения сжатия: В процессе взрывных работ воздействие стальной дроби приводит к сжатию и деформации поверхностного слоя металла, что приводит к образованию глубокого слоя остаточных напряжений сжатия. Поскольку растягивающее напряжение является основной движущей силой расширения усталостной трещины, остаточное напряжение сжатия эффективно препятствует возникновению и расширению трещины.

Упрочнение поверхности: пластическая деформация при ударе увеличивает твердость поверхности, делая поверхность материала более износостойкой и снижая вероятность образования трещин.

Замедленное расширение трещины: остаточное сжимающее напряжение затрудняет расширение трещины, изменяя механическую среду, в которой расширяется трещина, тем самым увеличивая время от расширения усталостной трещины до разрушения.

3. Возможные негативные последствия

Хотя дробеструйная обработка стали в целом повышает усталостную долговечность материалов, в некоторых случаях ее неправильное выполнение может отрицательно сказаться на усталостных характеристиках:

Чрезмерная струйная обработка: если интенсивность струи слишком высока или время струи слишком велико, на поверхности могут возникнуть микротрещины или локальное плавление, и эти дефекты могут стать инициаторами усталостных трещин.

Неравномерная дробеструйная обработка: недостаточное покрытие дробью или неравномерное распределение дроби может привести к тому, что некоторые области будут иметь недостаточное остаточное сжимающее напряжение и станут зонами, подверженными усталости.

Неправильный выбор стальной дроби: если стальная дробь слишком твердая, удар, образующийся относительно подложки, будет слишком сильным и может привести к чрезмерной деформации поверхности или микроскопическим повреждениям, что в свою очередь ухудшит свойства материала.

Проблемы, связанные с внедрением или загрязнением: фрагменты стальной дроби могут внедряться в более мягкие основания (например, алюминий или медь) или вызывать загрязнение металла, что может оказать отрицательное влияние на коррозию или усталость в условиях последующего использования.

4. Основные факторы, влияющие на усталостную долговечность

На усталостную долговечность в процессе дробления существенное влияние оказывают следующие факторы:

Твердость и размер стальной дроби: более высокая твердость стальной дроби создает более высокие остаточные напряжения сжатия, но слишком большая твердость может вызвать повреждение поверхности. Более крупные размеры стальной дроби подходят для больших заготовок, но могут повлиять на однородность дроби на сложных формах.

Прочность струи и покрытие: Высокая прочность струи и достаточное покрытие гарантируют, что поверхность материала будет должным образом пробита, но слишком большая прочность может оказаться контрпродуктивной.

Свойства материалов: Влияние стальной дроби на различные материалы значительно различается. Например, высокопрочные легированные стали показывают значительное увеличение усталостных характеристик после дробления, тогда как материалы с низкой прочностью могут показывать снижение характеристик из-за повреждения поверхности.

Оборудование для дробеструйной обработки и параметры процесса: Тип оборудования для дробеструйной обработки (например, центробежное колесо или сжатый воздух) и его рабочие параметры (например, давление, угол, расстояние) напрямую определяют ударный эффект дроби при резке стали.

5. Проверено в области применения

Технология дробеструйной обработки стали широко применяется в аэрокосмической, автомобильной, тяжелой машиностроительной и энергетической промышленности, особенно для деталей с высокими требованиями к усталостной долговечности (например, шестерни, пружины, лопатки турбин и т. д.). Большое количество экспериментов доказало, что усталостная долговечность деталей, оптимизированных для дробеструйной обработки, может быть увеличена на 20%-300% в зависимости от материала, процесса и условий использования.

6. Оптимизация процесса дробления для улучшения усталостных характеристик

Для максимального увеличения усталостной долговечности следует учитывать следующие моменты:

Разумный выбор стальной дроби: выбирайте стальную дробь соответствующей твердости и размера в соответствии с природой материала, чтобы обеспечить эффект укрепления, не повреждая поверхность.

Точный контроль параметров дробеструйной обработки: оптимизируйте давление, угол и время дробеструйной обработки, чтобы обеспечить равномерную дробеструйную обработку и достичь необходимой глубины дробеструйной обработки.

Включение последующих обработок: Для некоторых заготовок после струйной обработки может быть проведена полировка или термическая обработка для дальнейшего улучшения свойств поверхности.

Общий

Переведено с помощью DeepL.com (бесплатная версия)