金屬表面強化技術(shù)

機械零件的失效形式主要有磨損、腐蝕以及疲勞。各種類型的機械設(shè)備都會因為磨損、腐蝕以及疲勞等原因使設(shè)備壽命縮短，能耗提高。磨損、腐蝕以及疲勞都最先發(fā)生在零件表面，提高零件表面的機械性能顯得尤為重要。表面技術(shù)是一門廣博精深和具有極高實用價值的基礎(chǔ)技術(shù)。也是一門新興的邊緣性科學(xué)。人們研究、開發(fā)和使用表面技術(shù)已有很長的歷史。

表面處理的主要方法有表面淬火、化學(xué)熱處理、噴丸、滾壓、表面覆層、晶體重塑加工等工藝。表面處理技術(shù)要是使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限；心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性，即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。

噴丸、滾壓是使鋼件在常溫下發(fā)生塑性變形，以提高其表面硬度并產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力分布的表面強化工藝。研究表明，就破壞而言，金屬材料表面存在拉應(yīng)力時比壓應(yīng)力要容易的多，表面呈壓應(yīng)力時，材料的疲勞壽命大大提高，因此，對于軸類等容易疲勞斷裂的部件通常采用噴丸形成表面壓應(yīng)力，提高產(chǎn)品壽命，此外，金屬金屬材料對拉伸很敏感，這就是材料的拉伸強度比壓縮強度低的多的原因，這也是金屬材料一般用拉伸強度（屈服，抗拉）表示材料性能的原因。

一般噴丸越大，沖擊能量較大，則噴丸強度地越大，表面形成硬化層，因為表層與心部存在明顯的應(yīng)力狀態(tài)變化，硬化層在自然失效或外力作用下脫落，嚴重影響零件的使用。

金屬表面晶體重塑技術(shù)是利用高頻電能轉(zhuǎn)換為機械能，在金屬表面發(fā)生強烈的共振，金屬晶粒中亞晶界斷了，形成新的晶界，細化晶粒，從而強化金屬表面。

金屬表面晶體重塑處理與機加工結(jié)合，可應(yīng)用于車床、磨床、加工中心等，可安排在機加工之后作為精加工部分。

對40Cr材料進行電鏡觀察，表層晶粒被細化，這充分證明了金屬晶體重塑技術(shù)的有效性。也可根據(jù)霍爾佩奇原理，細晶強化是用細化晶粒增加晶界提高強度，霍爾配奇公式為,其中為常數(shù)，K為晶界對強度影響的程度，d為多晶體中各晶粒的平均直徑。在相同的外力作用下，細小晶粒的晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變相差較小，變形較均勻，相對來說，應(yīng)力集中引起開裂的機會也較少，這就可能在斷裂之前承受較大的變形量，所以可以得到較大的伸長率和斷面收縮率。由于細晶粒金屬中的裂紋不易產(chǎn)生也不易擴撒，因而在斷裂過程中吸收了更多的能量，即表現(xiàn)出較高的韌性。