機械加工強化機理與工藝技術分析

楊豪虎

（湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲　412000）

機械加工強化機理與工藝技術分析

楊豪虎

（湖南有色金屬職業技術學院，湖南 株洲412000）

文章通過對機械加工工藝的強化原理進行分析研究，并且根據當前工藝設備以及強化原理的發展現狀，對機械加工強化機理與強化工藝的關系進行討論，從而分析出機械加工強化工藝的發展方向。

機械加工；強化激勵；加工工藝

隨著我國工業經濟不斷進步，為了保證我國工業可以穩定發展，對當前工業領域所使用的材料以及零件的使用性能以及壽命提出了更高地要求，并且需要零件與材料必須適用于各種苛刻的環境當中。對于零件而言，其材料的強度、摩擦磨損、腐蝕性以及耐熱性等都是影響零件使用壽命的重要因素，所以為了保證我國工業用料的正常穩定，就必須對材料制造行業的技術提出更高地要求。

1　機械加工強化機理

從微觀的角度出發，材料當中原子間的結合力越緊密，則材料的強度越高，所以材料的塑性變形可以通過滑移來完成并且可以通過對滑移受力進行計算從而計算出臨界盈利。但是，材料的實際強度要遠弱于臨界應力所計算出的實際強度，從而根據實際計算效果而得出晶體位錯理論。這種理論的主要內容以材料當中的晶體位錯為前提，從而利用位錯的運動來實現塑性變形，但是其設計道德范圍僅僅是幾列原子。雖然這種結論與實際材料強度依然存在一定的差距，所以可以根據這種差異性來保證材料強化機理的可靠性。在實際生產的過程中，通常是增大材料當中晶體的錯位密度，從而設置出障礙阻擋晶體的移動，造成位錯源活動，并且在實際生產過程中需要根據材料的實際種類以及強化機制，強化機制可以分為固溶強化、輻照強化、擇優取向強化、第二相強化等等，從而根據加工設備以及加工方法對不同材料進行滾壓工藝、軋制工藝、磨削強化工藝以及激光沖擊強化工藝。

（1）錯位強化。雖然在實際生產的過程中，臨界切應力會由于材料晶體錯位小于理論值，但是通過晶體的互相纏繞與作用，可以增大材料的位錯密度，從而增加位錯運動的困難度，增強材料的強度，提高材料的強度與硬度。由于這種反應在實際生產中較為復雜，雖然建立了仿真模型，但是只能定性描述金屬強度中的位錯行為。并且根據位錯強化機制，材料在生產過程中流變應力的滑移面當中有足夠的數量在一定的時間內對其限度以及位錯間距所需的應力進行掃描。并且其生產數據會等于位錯滑移面上運動所受到的阻力，并且通過位錯強化，材料的流變應力會分為晶格阻力與錯位強化貢獻。

（2）晶界強化。材料的位錯會受到晶粒中晶界的阻礙受到一定的影響，并且在材料發生變形的過程中，其位錯的運動會產生一定的阻力，并且當晶界成為位錯源的時候，密度會不斷增大，進而提高材料強度，并且隨著材料強度增加，會發生直接作用以及間接作用。當晶界本身會隨著晶體內的滑移產生的阻力，從而產生直接強化作用，但是這種位錯塞積會產生明顯的阻礙作用，并且其應力會產生較高的集中效果，從而影響晶體的變形效果。而進行間接作用的過程中，通過晶體隨著晶體的彈性以及變形的相容性會產生一定的變化，并且讓晶體當中的滑移以及多滑移產生集中的高應力，從而提高了晶體的強度。

（3）應變強化。在材料變形的過程中，由于應變強化會使材料中原有的位錯運動產生各種附加位錯，并且在運動的過程中互相產生作用，并且隨著定位錯運動會使之前產生的位錯造成一定的阻礙，從而增加了材料的強度。應變強化又被稱為加工硬化，通常應變強化對于晶體材料的硬化加工而言共有易滑移階段、線性硬化階段、動態恢復硬化階段等三個階段。在易滑移階段，加工硬化速率會不斷降低，并且速率會受到材料晶體結構、位向以及材料當中存在雜質的影響。而線性硬化階段的加工硬化速率會不斷變高，并且與材料的應變量呈現出線性關系，不過在這個階段硬化速率不易受到材料的成分以及晶體位向的影響。而動態恢復硬化階段的過程中，在這個階段硬化的速率會不斷降低，反應過程中呈拋物線，并且在這個階段反應速率會受到變形溫度、層錯能以及應變率的影響，應力在變形過程中影響較小，這個階段會隨著材料的盈利飽和點結束。

（4）擇優取向強化。在加工材料的過程中可以通過材料的精力擇優取向來提高材料強度，并且塑性材料在發生變形的過程中通過晶粒擇優取向會產生形變織構，并且這種強化機理會產生纖維織構與板織構兩種結果。而且在加工的過程中，材料的組織會隨著形變織構的強化均勻化，材料當中的精力會以向線結構的方式進行排列。其中，形變織構的模型主要由全約束與半約束組成。形變織構在強化的過程中，其效果會受到材料的成分、結構、變化溫度、處理工藝等因素的影響，在實際生產的過程中，其形變溫度不斷降低，會使形變織構不斷增強，如果形變溫度不斷增高的話，會讓材料的結晶晶體變大，使材料晶體變大，導致其內部組織不穩定，降低了強度。

2　機械加工強化工藝

（1）噴丸強化。在完全人工控制的狀態下，進行噴丸強化的過程中，將大量的彈丸噴射到材料表面，從而使材料表層當中的晶粒細化以及塑性產生變形，讓材料呈現出理想的組織結構，并且殘余應力的不斷強化，會提高材料的強度以及使用壽命。噴丸強化工藝是當前使用最廣泛的表面強化工藝，這種強化工藝的加工效率高，并且操作簡單、生產成本低，使材料表面硬度以及使用壽命得到增加。并且靈活的使用噴丸工藝可以增強材料的抗腐蝕能力，對交變應力以及應力腐蝕下使用的材料與零件進行加工的過程中，噴完強化是最為合適的工藝。

（2）激光沖擊強化。激光沖擊強化屬于噴丸強化的新工藝形式，但是由于設備的不同以及工藝存在一定的特殊性，導致這種加工方法被歸結為另一種材料加工工藝。激光沖擊強化工作通常是利用高功率密度、短脈沖的強激光穿透材料的約束層，從而使材料表面上的能量吸收激光，使其表面的能量汽化，汽化之后的蒸汽會不斷吸收激光當中的能量，并且形成離子體發生爆炸，而這些爆炸物被限制在約束層與材料表面之后，其壓力會不斷升高，從而產生強應力波向材料內部擴散，當壓力大于一定的等級之后，會使材料產生強烈的塑性變形，從而使零件表層組織當中的密度極具增大，導致表層晶粒不斷細化，從而讓材料強度不斷增強，并且提高了材料的表面硬度以及流變強度。這種加工工藝會受到材料的涂層、約束層厚度、激光波長、激光功率以及沖擊方式等影響，其中對材料的強化效果最明顯的是激光功率密度，所以在實際生產的過程中，需要根據激光誘導以及沖擊波壓力對激光功率的密度進行控制。

（3）滾壓強化。滾壓強化工藝的工作原理是通過對材料表面進行滾壓，從而產生一定的壓力，利用材料的彈塑性變形，改變材料當中的金屬組織結構、物理性質、形狀與尺寸以及其機械特性發生改變。在進行滾壓強化的過程中，可以對材料的強度及光整形進行強化。在大部分的生產情況當中，滾壓強化可以代替材料的表面處理，并且對材料的精加工工序也有著促進作用，輥壓加工材料表面層的受壓面型會對材料產生彈性變形以及塑性變形。但是如果滾壓強化工藝的滾壓力超過一定屈服點的時候，材料晶粒會發生滑移、位錯與破碎的情況，并且產生塑性變形，在滾壓工具離開之后，彈性變形的恢復會受到表層塑性變形的影響，導致無法達到強化材料強度的目的。

3　結語

材料強化工藝是保證工業材料強度、材料抗腐蝕性、耐熱性等因素的重要技術，發展機械加工強化機理以及材料強化工藝是保證我國工業穩定發展的重要條件，通過加強科研力度，對加工強化激勵以及強化工藝當中存在的問題進行分析與研究，并且通過科學合理的解決方法，保證我國工藝可以穩定發展。

Analysis of Mechanical Processing Reinforcement Mechanism and Technology

YANG Hao-hu
（Hunan Nonferrous Metals Vocational and Technical College，Zhuzhou，Hunan 412000，China）

Through the research on strengthening principle of machining process，and according to the principle of the process equipment and strengthening the development of the status quo，this paper discusses the relationship between the machining mechanism and strengthening technology，so as to analyze the development direction of mechanical processing reinforcement technology.

mechanical processing；strengthen incentives；processing technology

TH16

A

2095-980X（2016）07-0006-02

2016-06-07

楊豪虎（1982-），男，湖南湘潭人，碩士研究生，工程師，主要研究方向：機械、職業教育。