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第 12 卷 - 2024 年 12 月刊
表面缺陷对抛喷丸强化完整性和耐腐蚀性的影响
Christian Tyroll
抛喷丸强化是一项在各工业领域中广泛应用的重要表面改性技术,其目的是提高金属部件的疲劳强度和耐腐蚀性。这种工艺是在受控条件下利用丸料(小球形介质)对材料表面进行撞击,导入残余压应力。这些应力有利于延长部件在循环载荷和腐蚀环境下的使用寿命。然而,表面缺陷的存在会严重影响抛喷丸强化工艺的有效性,尤其是耐腐蚀性。本文探讨了各种表面缺陷对抛喷丸强化完整性的影响,并提出了相应的缓解措施。
了解表面缺陷
微裂纹、夹杂物以及凹坑和划痕等表面缺陷都会对抛喷丸强化工艺的结果产生重要影响。这些缺陷会成为应力集中点,从而降低部件的疲劳寿命。特别是在金属部件暴露于腐蚀介质的环境中,它们还可能成为腐蚀的起始点。
凹坑:凹坑可能是由于先前的腐蚀事件或制造过程不当所引起。这些凹坑会聚集腐蚀剂,导致强化后局部腐蚀加速。
夹杂物和污染物:材料夹杂物(嵌入金属基体中的非金属颗粒)或先前加工步骤产生的表面污染物会形成薄弱点,容易导致开裂和腐蚀。
微裂纹和划痕:微裂纹和划痕通常是在加工或处理过程中产生的,经抛喷丸强化冲击后会进一步加深,并在循环载荷下可能导致裂纹扩展。
对抛喷丸强化完整性的影响
抛喷丸强化工艺的完整性在很大程度上取决于表面的初始状态。缺陷会在几个方面影响抛喷丸强化工艺:
改变应力分布:理想的抛喷丸强化会产生均匀的压应力层。表面缺陷会破坏这种均匀性,导致出现压应力甚至拉应力较小的区域,从而对抗疲劳性产生不利影响。
强化有效性受损:裂纹和凹坑等缺陷会导致丸料分布不均匀,影响压应力层的深度和均匀性。在要求耐疲劳度高的应用中,这种有效性的降低可能引发重要的后果。
引发腐蚀:任何能捕获腐蚀剂或允许水分渗透的缺陷都会引发腐蚀,从而破坏部件的整体结构完整性。在循环载荷作用下,腐蚀凹坑会扩大并加速材料降解,即所谓的应力腐蚀。
与腐蚀的关联
腐蚀是许多行业关注的主要问题,特别是金属部件暴露在恶劣环境中时。表面缺陷的存在会显著加速腐蚀过程:
应力腐蚀开裂(SCC):当材料在腐蚀环境和承受拉应力时,会发生裂纹,引起这种形式的腐蚀。缺陷可能成为SCC的起始点,尤其是在高强度合金中。
点状腐蚀:缺陷位置会聚集腐蚀剂,导致表面以下局部腐蚀。这种形式的腐蚀具有极高的危险性,因为凹坑的深度和狭窄可能会导致突发故障。
缝隙腐蚀:与点状腐蚀类似,缝隙腐蚀也发生在由相邻缺陷形成的密闭空间内。该类腐蚀会通过内部材料损耗而显著削弱材料的强度。
缓解措施
为确保抛喷丸强化的有效性并将腐蚀风险降至最低,必须在准备和加工阶段采取多项措施:
表面清洁和检查:彻底清洁以去除污染物,随后进行详细检查(例如使用无损检测方法)以识别和评估缺陷,这一步骤至关重要。
抛喷丸强化前处理:在实施实际的强化工艺之前,可采用研磨、抛光或甚至使用较软的丸料进行预强化等技术来尽量减少表面缺陷。然而,务必确保不会简单地掩盖缺陷。
优化抛喷丸强化参数:根据缺陷类型和材料属性调整丸料尺寸、材料、强度和覆盖范围,有助于提高压应力层的均匀性。
结语
表面缺陷的存在对抛喷丸强化工艺的完整性和有效性提出了重大挑战,特别是在耐腐蚀性方面。通过深入了解这些缺陷的特性及其对金属部件的影响,工业界可以采取更为高效的准备、加工和维护策略。这种积极主动的方法不仅能够提高抛喷丸强化效益,还可以显著延长各种应用中关键部件的使用寿命和可靠性。在进行强化之前,确保表面完整性适当无缺陷不仅可以提高性能,还可以预防在具有挑战性环境中可能出现的潜在故障。一般的抛喷丸强化规范可能未充分强调该主题的重要性。
如有问题,请联系
Christian.Tyroll@noricangroup.com