物理喷丸实验翻译.doc

1.2 试样制备只有直径为0.5 毫米的S170型号的钢珠才可以用珠击法进行样品的表面处理。这个加工过程所使用的样本的质量流是通过不同的决定粒子运动速度和动能的工作气压挑选出来的。变化的气压使得钢珠产生不同的质量流，其产生的动能会使试样表面的塑料变形，这个变形程度取决于样品表面硬度改性和表层的硬度剖面。表面处理后产生的位错密度决定了硬度剖面和剩余应力的变化，同时也和机械部件的生命周期有关，所以这种表面处理方法采用粒子的动能来使机械部件可以长时间的使用。不同粒子的质量流和运动速度会在试样表面制造出不同的弧形重叠。图表3给出了2007和6082 合金的喷丸参数。对不同条件下的两种合金试样进行编码，将这些试样在相同条件下用不同的质量流，气压，以及喷嘴速度进行试验。也就是说剩余的10A和12A在尖锐的条件和温和的条件是差别是非常大的。21A和28A选自于尖锐的喷丸环境。因此表面处理的结果取决于实际或者基于阿尔门的强度试验而定。2 结果和讨论 2.1 表面光洁度在喷丸实验前后用光学显微镜对试样进行微结构分析，并且测量出试样的显微硬度和剩余应力。试样一被切割一经喷丸实验就决定了他们表面的光亮程度。同时切割的方向不同光滑程度也各不相同。用Ra的轮廓算数偏差表面租糙度和Rz的深度粗糙度来估算喷丸试验试样的表面光滑度。他们在实验中仅仅只用其中之一作为标准来评估，而我们利用两者作为估算标准来更好的观察拱形构造。喷丸重复十次之后捕获到试样的表面轮廓直径为8毫米，并且以试样中心或者边缘为参考点分别记录。根据Ra和Rz的两个不同估算标准对一个试样十次实验记录结果进行估算，得出的测量位置和表面轮廓见图Fig4.八个尺寸来自于边缘测量，其中四个纵向，四个横向。剩余的两个是横纵向中心测量得到的尺寸。用Ra和Rz作为评估标准计算出不同条件下铝合金的表面光滑程度。这两个参照物有助于对实验前后不同条件下的试样的表面进行分析。通过比较不同方向测量出来的数值可知只有没经过喷丸的试样才会出现表面光化程度变化的现象，这是由于切割时切割机力度变化不定切割不平整而导致的。因而表面也会相应的不平滑，或直或大。实验数据显示不同实验条件下使用同样硬度的钢珠喷丸结束试样的表变光滑度不同。从直方图fig2fig3可以看出实验前后多能几方面产生出了差别（fig2.3是两参照物的算数表面粗糙度和深度便面粗糙度的参数值）喷丸实验表明试样表面光滑度随着实验压力，喷嘴速度，速度流的增加而增加。在给予的试验压力也就是1.6帕，不同的粒子质量流的时，样品的表面光滑度没有发生什么变化。当压力不变，质量流从1千克每分钟增加到1.5千克每分钟，光滑度甚至如预料的那样轻微的下降。质量流增加，表面光滑程度减少是因为压力重合的缘故导致的。也就是说每个弧形之间互相重叠，所以表面光滑度会降低。增加试验压力到4帕和8帕。粒子动能增加，这时在持续的质量流的作用下，试样表面轮廓光化程度增加。可根据弧形的高度估计表面光滑程度。材料越软，试验后试样表面越光滑。比如说挑选出来的铝合金。2.2 试验样本的金相组织通过微量分析可以测试出粒子在试样表面作用后产生的弧形的重叠程度。通过试样剖面图估算出试样表层组织的深度。因此，需将四分之一的试样切割开来在显微镜下进行观察。使用500x的显微分析并且记录放大了200倍的显微图像。从图表四显示的实验前试样的微细组织可以看出试样组织是由矩阵和凝结物组成。图标四显示了一个凝结物浓度增加的区域，圈出来的区域是浓度增长相对较小的区域。凝结物越是纯净，他的浓度增长越是影响苏良变形程度，进而影响试样表面光滑程度。图表5和6显示了试验后试样的表面微细组织，从图片中我们可以看到经粒子作用后试样表面出现了明显的凹痕。图表5和6分别显示了试验后200x显微镜和1000x显微镜下ENAW2007和ENAW6082铝合金的表面细微组织。由于挤压和结晶相的适当分布，细微组织清晰可见，图表5c 5d,6c 6d显示出了薄表层的剖面图，代表了在尖锐的喷丸条件p=4par m=1.6kgmin p=8par m=1.5kgmin下试样的微细组织。当然试验中也会出现试样表面受损等缺点，这证明了试样选择时条件还不是很充足。在抵押比如1.6par下不会出现影响试样寿命的表面缺陷。额外的硬度以及对于薄表面的残余应力测量证明实验结果和位错密度有关。极端喷丸条件下也会出试样产生裂痕等现象，因为在压力过剩时会产生试样局部冷变形的临界条件。由于局部压力大小不一，试样表面缺陷和裂痕会减少机械零件的寿命和动力载荷。因此，原本存在的表面裂痕在实验过程中压力不均条件会更恶化，进而使机械零件报废。2.3 显微硬度通过充分准备的试样剖面图可以测出试样的表面硬度。为了能够准确的测出试样的显微硬度，要将试样切出四分之一，塞进胶木，经过打磨，抛光，使它变得光滑，这样微细组织就可以清晰可见，并且凹痕也不互相重叠。这项研究的主要目的是找出试样微细组织和凹痕大小的关系以及不同喷丸条件下不同时养的显微硬度。试验样品准备好之后，用图表7所给出的显微硬度测量方法对薄表层进行测量。由于实验样品表层的硬度比合金初晶相的硬度强的多，所以通过测量试验样品表层的硬度来决定试样的显微硬度。挑选出凹痕兼具25微米的试样作为参考。通过这种方式可以有足够多的数据来分析出精确的试样显微硬度。将试样在间隔75毫米的对角线垂直移动，以水平25微米的间距进行测量，从而测出试样显微硬度到试样表面的垂直距离。通过前面的测量避免了测量过程中材料硬度对显微硬度测量的影响。图表7的1.2.3显示了重复三个测量方向的硬度测量方法。用此方法对剖面1.2 进行测量。这些组成了每个试样不同测量点的六个显微硬度测量组。图表8和9 分别显示了试验试样ENAM2007和ENAW6082不同参数下的显微硬度轮廓。硬度轮廓清楚的显示出了变硬的试样表层，对在动力载荷中机械零件的运行有极大的影响。试样表层更大程度的塑料变形表明位错程度的增加以及凝结物浓度大小的增加都影响着试样表层的性能。图表8显示了在实验压力为1.6帕4帕和8帕的条件下ENAW2007试样的硬度轮廓。可以看出在这三个压强下硬度出现轻微下降。也就是说在1.6帕下试样的硬度值和深入的硬度轮廓都比高压强下的低。这些本质的不同时硬度获得，总计达到了20HV0.2.也就是说，试样20%的硬度存在于初晶相中。根据硬度轮廓，可以用硬度深度来估测每一个表层实验参数。在1.6帕的试样条件下试样的硬度深度为260微米，而在更高的压强下硬度深度可达390微米.通过硬度轮廓的测量可以得出以下结论。 1. 除了硬度深度和绝对值不同外硬度轮廓都是相似的。 2.在低于1.6帕高于4帕和8帕的条件下硬度值有重要区别。 3.硬度深度取决于试验参数，260微米低压或者390微米高压。图表9显示了相同条件下ENAW6028的硬度轮廓。与喷丸实验后未硬化的试样的平均硬度值相比较，电流为0.5毫安和0.7毫安下对不同试样硬度值上升了30%。主要原因是薄表层硬度值的下降趋势。此外，压强，喷嘴速度和粒子质量流也影响了试样的硬度轮廓和硬度轮廓深度的倾斜程度。试样硬度轮廓表明材料硬化的程度和的深度影响着残余压力的大小。所获得的残余压力提高了机械零件动力载荷的疲劳程度同时也延长了零件的使用时间。ENAW6028的软态硬度是89HV 上升到了111HV 。也就是说，在压强为4帕 质量流为1.6kgmin的条件下上升了25%.从硬度轮廓可以看出表层硬化和硬化条件有关。结果表明在1.6帕的喷丸条件下硬化深度为240微米，在更高的压强下是390微米。2.4 残余压力残余压力是以ASTM为标准，通过应力松弛 17 18 惊恐钻进的方法测量的。测量过程中使用的是VishayRS200.这个装置带有高速钻孔的气动涡轮。由于试样表面光滑程度下降，在每次测量残余压力时，准备测量试样以及调节阻力测量花环需要十分谨慎。使用测量小组公司生寒的CEA-06-062UM测量花环来测量变形程度。用AT-MIO-16XE-50数据采集卡和国际工具实验VIEW4.0项目来记录增强的测量信号。测量结果会与H-DRILL项目同时进行。用积分方法来统计残余压力。测量结果会以EXCEL形式表现出来。不同压力条件下 使用硬钢粒子 ANEW2007合金表面主要残余压力见图表10.通过测量阻力测量中每一步的变形程度来获得必需的统计主要变形和主要残余压力的数据。制备机械样品试样时ENAW2007的启动状态的残余压力的数值是最小的。试样表面最小残余压力也有-50兆帕。稍微小点的阿尔们数值10和12A 这种条件下。20071 20081的残余压力是很相似的。所有这些样品的残余压力到了250微米，并且几乎都为-295兆帕.同样的，在压强为4帕 质量流为1.6kgmin的条件下残余压力到达了270微米为-340帕。在压强为8帕的条件下200713仅稍微有所上升，为290微米-362兆帕然而，忽略任何喷丸参数，所有试样残余压应力拉伸面积几乎变的一致了 为1.05兆帕微米。几乎在自由的实验环境中，在650到700微米时 残余压力从压缩区域转移到拉伸区域。除了20071在相对温和一点的条件下始终以20兆帕转移到拉伸区域知道1000微米。图表11ENAW6082铝合金最小的主要残余压力变化曲线。被切割之后试样表面残余应压力是非常低的，为-15兆帕 到150微米处。后来上升到10兆帕，延伸到900微米处。在压强为1.6帕 质量流为1.5kgmin 的条件下60287的残余压力是最小的。统计出来的有压缩性质的最高主演残余压力为-115兆帕，在450微米处，延伸到550微米过程中一直为-115兆帕。在更深的区域，残余压力逐渐延伸到拉伸区域。而60827在残余压力延伸到1000微米前一直处在压缩区域。用最小的阿尔门强度10A作用于60823，残余压力比前者高，为-167帕 ，在250微米处。在残余压力最大时，此样本表面残余压力在延伸到500微米处时一直处于拉伸区域。在最高的压强下，试验样品获得的残余压力几乎相同。608212为-203兆帕 608216为-180兆帕.喷丸实验中，在最高压强下，33微米处的残余压力最大。两种试样在尖锐的条件下在残余压力延伸到550微米时残余压力延伸到拉伸区域。通过冷变形来使试样表面变坚硬的过程中，为了是表面获得最理想的性能，需要重新协调一下相关参数。比如使粒子产生作用域试样表面的动能的压强。使用喷丸技术，是所有试样变得坚硬，确保提高机械零件材料动能载荷的疲劳程度。优化喷丸实验可以提高残余压力，扩大残余压力的范围。通过显微硬度测量和参与压力测量可以得出 1.ENAW2007合金的最小的残余压应力的最大数值为-362兆帕延伸到290微米处ENA