抗疲劳制造技术的研究与应用

第3卷第4期2004年12月南通航运职业技术学院学报JOURNALOFNANTONGVOCATIONAL＆TECHNICALSHIPPINGCOLLEGEVo1．3No．4Dec．2004抗疲劳制造技术的研究与应用韩金华(南通航运职业技术学院机电系，江苏南通226006)摘要：文章对近年来国内外在抗疲劳制造技术方面的研究和进展作了综述，分析了各种抗疲劳制造技术的特点及适用范围，指出了抗疲劳制造技术在rE~-r业制造技术中的重要作用。关键词：抗疲劳制造；研究；应用中图分类号：TG113，25文献标识码：A文章编号：1671-9891(2004)04-0045-020引言在现代工业的各个领域中，大约有50％~90％的金属材料结构强度破坏都是由于疲劳破坏造成的，如轴、曲轴、连杆、弹簧、螺栓、压力容器、轮机叶片和焊接结构等，很多机械零部件和结构件的主要失效型模式是疲劳破坏。金属材料无论是塑性材料还是脆性材料，疲劳破坏都是突然发生的，事先没有明显的塑性变形和事故征兆，因此，这种破坏具有很大的危险性，严重威胁重大设备的正常运行和操作人员的生命。研究金属材料结构件的疲劳破坏机理，探求抗疲劳制造技术，已经成为现代工业生产中的重要课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 之一。抗疲劳制造技术是指在不改变零件材料和截面尺寸的前提下，通过在制造工艺过程中改变金属材料的内部组织及应力分布状态来提高零部件疲劳寿命的制造技术【”。这种技术一个突出的特点是不改变零件的结构和制造材料，不增加零件的重量，但能大幅度提高零件的疲劳寿命。对疲劳寿命要求很高的交通运输设备、工程机械设备、发电机组设备等，抗疲劳制造技术显得尤为重要。1抗疲劳制造技术的原理疲劳是一个非常复杂的过程，疲劳寿命受许多因素的影响，其中包括零件 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面残余应力、表面显微组织、缺口效应、尺寸效应、表面效应、材料强度、硬度以及腐蚀环境等多种因素。一些对材料或构件的静态特征影响很小的因素，如构件和结构的表面状态、缺口形式等，在疲劳现象中却起到非常显著的作用。提高金属材料的抗疲劳性能的思路主要有：(1)合理选材，注意零件的细小结构设计，提高加工精度和降低表面粗糙度数值，尽量减少应力集中的各种因素。(2)在金属材料表面层，特别是局部应力集中的薄弱部位，引入高的残余压应力。(3)细化材料的表面层显微组织，细化亚晶粒，减少材料内部组织的非金属夹杂物和杂质含量，选用高级优质金属材料。(4)在保证构件芯部具有足够强度的前提下，提高材料表面层的硬度和强度，抑制在循环应力作用下表面层产生局部塑性变形。2抗疲劳制造技术的分类和应用在生产实践中，有关抗疲劳制造的方法多种多样，具体如下：2．1表面淬火方法通过表面淬火提高金属材料表面层的硬度和强度，使材料抗疲劳。其特点是不改变材料表面层化学成分，通过表面层材料发生组织相变来提高零件的疲劳强度。常用的工艺有火焰加热表面淬火、高频和中频感应加热表面淬火等。表面淬火淬硬层中的马氏体组织很细，获得的硬度和强度比普通整体淬火高，因而收稿日期：2004一O5—18作者简介：韩金华(1962一)，男，江苏通州人，南通航运职业技术学院讲帅维普资讯http://www.cqvip.com南通航运职业技术学院学报2004正具有较好的抗疲劳性能。表面淬火工艺对碳钢件进行疲劳强化，效果明显。但对合金钢件(40Cr合金钢主轴)进行表面淬火试验，淬火后用放大镜检查发现工件表面有微裂纹，因此不宜使用本工艺。2．2化学热处理方法利用化学热处理技术通过改变表面层材料化学成分，并形成单相或多相的扩散层，大大提高材料表面的硬度，同时还可以获得很高的残余压应力，从而提高了材料的疲劳性能。常用的工艺有：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。本工艺尤其适合合金钢的疲劳强化。生产上，我们通过对电机转子压铸模(3Cr2W8V热作摸具钢)进行气体碳氮共渗处理，压铸模热疲劳寿命提高三倍多。2_3机械加工方法机械加工方法的突出特点是利用冷变形技术，使金属材料表面产生加工硬化，并形成较大的残余压应力，因而减少了疲劳应力作用下裂纹的形成并抑制裂纹的早期扩展，从而显著提高机械零件的抗疲劳断裂的能力和抗应力腐蚀开裂的能力。主要工艺方法有：滚压、挤压、喷丸和抛光处理等。其中喷丸强化工艺不仅可以在极为宽广的幅度上改变金属材料的疲劳强度和抗应力腐蚀性能，而且材料表面强化均匀，操作也极为简单，适应广泛，只需喷丸机设备就可实现。成功的实例是在研制矿用掘进电机这一新产品时，考虑到掘进电机工作条件为恶劣的冲击载荷，在电机主轴制造过程中，为提高主轴疲劳寿命，我们有意识地对电机主轴(45钢)安排整体喷丸处理。新产品投入使用后，经过三年多的跟踪调查，用户(包头矿务局)反映电机设备运行良好。2．4激光处理激光处理就是将激光器发射出来的高能激光束将工件局部表面迅速加热到高温，使之发生复杂的物理、化学变化，达到显著抗疲劳增寿的目的。激光处理后工件表面仍很光滑，变形也很小，同时处理后的表面层内应力为压应力，使材料的抗疲劳性能有很大的提高。例如，受上海宝钢的委托，我们仿照德国西门子电机开发的Y355中型电机，在宝钢中板轧制生产线上使用时，有一台电机主轴(45钢)发生疲劳断裂。由于电机主轴在制造过程中已经采用了整体喷丸处理，因此，我们必须寻找新的抗疲劳制造方法。经过与原江苏省激光研究所的科研人员合作，对重新制造的Y355电机主轴(40Cr钢)轴颈根部(易疲劳断裂部位)进行了激光冲击试验，使主轴抗疲劳。试验采用5kw的CO横流式激光器，激光功率分别选择1000W、1100W、1200W、1300W和1400W，光斑直径为3mm，扫描速度分别选择10m_m／s、15rnm／s、20mrn／s、25mrn／s、30rnrn／s，试验后分别进行表面硬度测定。结果发现，激光功率1000W、扫描速度15rnm／s时，表面硬度最大。采用试验参数处理后，电机经过四年多的使用，宝钢设备处的技术人员反映，国产Y355中型电机使用性能和使用寿命已接近原生产线上使用的西门子电机，而价格只有其十分之一左右。实践证明，激光处理效果已经超过喷丸处理，有较高的经济技术价值，是值得推广的先进工艺之一。3结束语抗疲劳制造技术的研究越来越受到人们的重视，抗疲劳制造方法也越来越多。在生产应用中，只有结合具体生产实际和生产需要合理选用，才能获得满意的效果。参考文献：[1】材料耐磨抗蚀及其表面技术丛书编委会．材料耐磨抗蚀及其表面技术概论[M】．北京：机械工业出版社，1986．ResearchandApplicationinAnti-fatigueManufactureTechnologyHANJin—hua(Mechanic&ElectricityDepartment，NantongVocational&TechnicalShippingCollage．NantongJiangsu226006)Abstract：Areviewisbrieflygivenoftheresearchanddevelopmentstatusinanti—fatiguemanufacturetech．nologyathomeandabroad．Itindicatesthatthistechnologyismakinggreatprogressintheworld，andisaveryImportantpartofmodemindustrymanufacturetechnology．Characteristicsandapplicabilityofvariousanti．．fa．．tiguemanufacturetechnologiesareanalyzedafterdiscussingthebasicmechanismofanti—fatigue．Keywords：Anti—fatiguemanufacture；Research；Application维普资讯http://www.cqvip.com