欢迎光临青岛鼎铸重工机械大星彩票注册官网 收藏本站 关于鼎铸 联系鼎铸
抛丸清理机联系电话
当前位置: > 新闻中心 > 行业新闻 >

抛丸机强化对车轮辐板疲劳性能的影响

文章出处:青岛鼎铸重工机械大星彩票注册 发表时间:2018-05-18 16:36

    要:研究了车轮辐板光滑样、抛丸样和含0.2、0.5mm缺口抛丸样的疲劳性能。结果表明, 与光滑样比, 抛丸样疲劳极限提高约20%;含0.2mm缺口抛丸样的疲劳极限比光滑样略有下降;含0.5mm缺口抛丸样的样疲劳性能显著降低。断口分析表明, 疲劳源起于试样表面, 缺口样的疲劳源位于缺口处。0.2mm深的缺口处仍然处于抛丸影响区域, 0.5mm深的缺口进入基体。辐板表面抛丸强化处理对提高疲劳性能具有明显效果, 但抛丸后的表面如果产生缺陷, 抛丸的有利作用会受到抵消, 缺陷深度大于硬化层深度时, 抛丸产生了负面作用, 会促进疲劳裂纹的萌生和扩展。对喷丸处理的零件, 防止表面受外部影响而产生缺陷至关重要。
 

0前言

利用抛丸强化来改善零件的抗疲劳属性和延缓、阻滞应力腐蚀裂纹形成, 已被美国机械工程师学会等机构确认证实[1]。车轮辐板抛丸处理后残余应力的大小及分布对辐板的疲劳性能具有重要影响。有研究表明, 抛丸处理可使零件的疲劳寿命明显提高, 一方面是通过冷塑性变形提高材料强度, 另一方面是零件表层分布的残余压应力可阻止裂纹的形成与扩展。

1 试验材料和试验方法

试验材料从AAR B车轮辐板沿径向取样, 其常规力学性能为:Rel=462MPa, Rm=911MPa, A=14.0%, Z=26%。疲劳试样采用漏斗型, 见图1。试样的4种类型为:

1) 光滑试样选择直径为Ø8mm试样。

2) 抛丸样选择直径为Ø5mm试样, 抛丸强度4C。

3) Ø5mm样, 抛丸强度4C, 在试样中心最小直径处用线切割机切制0.2mm的缺口, 以下称为抛丸缺口0.2mm样。

4) Ø8mm样, 抛丸强度8C, 在试样中心最小直径处用线切割机切制0。5mm的缺口, 以下称为抛丸缺口0。5mm样。

图1 疲劳试样图

图1 疲劳试样图 

 

疲劳试验采用轴向加载, 拉压对称循环载荷, 循环应力比R=-1。试验在Zwick HFP 100kN高频疲劳试验机上进行。试验环境为室温、大气, 正弦波加载, 载荷控制精度为0.5%, 用升降法测量了107循环周次下的中值疲劳强度, 即疲劳极限, 试验情况如图2所示。

2 试验结果

2.1 疲劳极限试验

以107 cycle作为定义升阶梯 (runouts) 是否通过的极限寿命判定值, 按照正态分布模型统计, 数据由软件Statistical Analysis of Fatigue Data Version5.5计算软件处理, 给出分析曲线。4种方式疲劳极限试验分析结果如图3所示。

图2 Zwick HFP 100kN高频疲劳试验机试验

图2 Zwick HFP 100kN高频疲劳试验机试验   下载原图

 

图3 4种试样疲劳寿命

图3 4种试样疲劳寿命   下载原图

 

车轮辐板4种方式试样失效概率P为50%时疲劳极限试验结果见图4, 结果表明:

1) 与光滑样比, 抛丸样提高疲劳极限约20%。

2) 抛丸缺口0.2mm疲劳极限比光滑样略有下降。

3) 抛丸缺口0.5mm样疲劳性能显著降低。

图4 车轮辐板试样疲劳极限图

图4 车轮辐板试样疲劳极限图   下载原图

 

2.2 显微硬度试验

4种试样组织均为铁素体-珠光体, 在试样近表层进行显微硬度分布分析, 结果见图5, 可以看出, 抛丸使试样表层硬度有所提高, 如图6所示, 抛丸对表层硬度的影响范围不超过0.45mm。

图5 试样近表面显微硬度

图5 试样近表面显微硬度   下载原图

 

图6 3根抛丸试样近表面显微硬度平均值

图6 3根抛丸试样近表面显微硬度平均值   下载原图

 

3 断口扫描电镜分析

取疲劳试样断口进行扫描电镜观察, 形貌分别见图7, 4种试样断口照片显示疲劳源均位于试样表面, 裂纹扩展区均出现二次裂纹, 瞬断区碰撞痕迹明显。由图7发现, 抛丸缺口0。5mm样疲劳源区也出现明显的碰撞痕迹, 说明由于该试样缺口切制较深, 拉压疲劳时, 裂纹扩展较快, 易于失稳, 整个试样表面发生反复碰撞的几率加大, 碰撞痕迹明显。

图7 试样断口扫描照片

图7 试样断口扫描照片   下载原图

 

4 试验结果分析

从金属力学性能的角度看, 要提高疲劳抗力, 应该尽可能避免局部聚积的塑性变形、以产生均匀的滑移, 均匀、细微的塑性变形会使滑移均匀化。经过长期的生产实践, 人们找到了在金属表面进行塑性变形、提高零件疲劳强度的主要方法, 即通过冷作硬化在金属表面形成残余压应力。

抛丸强化是金属构件表面形变强化的有效工艺手段之一, 金属零件在抛丸处理时受到高速钢丸的打击, 在零件表面产生均匀细微的冷态变形 (弹性的、塑性的) , 在使零件表面强度、硬度提高的同时, 还使金属表层产生了残留压应力, 这个过程称之为抛丸强化。

抛丸处理是抗疲劳和防止应力腐蚀裂纹的有效措施, 其原理是, 在零件容易产生疲劳的表面处引入压应力, 能限止裂纹的发生和发展。残余拉应力能降低零件的疲劳寿命, 而压应力则趋向于增加疲劳寿命[1]。

一般情况下, 钢的疲劳强度随其抗拉强度的提高而上升, 经过抛丸强化可以获得更高的抗疲劳性能, 对试样进行抛丸强化的基础理论或设计原则是:通过抛丸强化工艺使不同特点的材料获得对自己有最佳的有益残余应力大小和分布, 或最佳残余压应力场, 从而使材料获得高的抗疲劳裂纹萌生值或者提高抗裂纹扩展的阻力。80%以上的机械零件失效为疲劳破坏, 其中绝大多数疲劳破坏源于表面层, 因此, 对表面层进行强化就能使整个零件强化[2]。

从图7可以看出, 采用4C的强度抛丸, 试样表面下0.45mm区域内硬度并未显示明显差异, 说明抛丸强度的变化对抛丸效果影响较弱。而从光滑样与喷丸样的比较看, 表层发生了硬度变化, 硬度提高了约30HV0.2, 说明, 抛丸产生了表面强化作用。

从试样疲劳极限的比较看, 光滑样与抛丸样的结果差异说明, 抛丸所产生的表面强化能够明显提高疲劳性能;而光滑样与含缺口抛丸样的结果差异则表明, 抛丸后一旦表面产生缺陷, 如缺陷深度小于硬化层深度 (抛丸缺口0。2mm样) , 将部分或完全抵消抛丸的有利作用;如缺陷深度大于硬化层深度 (抛丸缺口0。5mm样) , 抛丸将大大降低疲劳极限反而会促进缺陷成为裂纹源并进一步扩展, 因此, 对抛丸处理后的零件, 防止表面受到外来影响 (碰撞、锈蚀等) 而产生缺陷至关重要。

5 结语

1) 对原始表面光滑的试样, 抛丸处理使疲劳极限提高约20%, 抛丸提高疲劳性能的效果显著。

2) 喷丸处理后, 如表面产生缺陷, 其深度小于硬化层深度时, 将部分或完全抵消抛丸的有利作用;深度大于硬化层深度时, 抛丸将促进缺陷成为疲劳源并进一步开展, 降低疲劳极限。

3) 对抛丸处理后的零件, 防止表面受到外来影响 (碰撞、锈蚀等) 而产生缺陷至关重要。


此文关键字:

同类文章排行

最新资讯文章

鼎铸大星彩票注册 关于鼎铸 抛丸除锈机 抛丸清理机 抛丸清砂机 履带式抛丸机 设备中心 工程案例 鼎铸动态 技术中心 联系我们

128彩票注册 198彩票注册 宏图棋牌 盈多多彩票注册 多盈彩票平台 166彩票登陆 广东11选5 198彩票注册 顺金彩票APP 幸运赛车APP