機械加工表面完整性影響試件疲勞性能的研究現狀

蘇昊

（遼寧工程職業學院，遼寧 鐵嶺 112008）

經過筆者長時間的工作經驗總結，筆者發現機械加工工藝和各項生產條件都會對試件的加工表面完整性產生較大的影響作用，從而對試件自身的疲勞性產生影響。針對此種情況，進行機械加工表面完整性各項指標和其形成機理就顯得十分有必要，并且該項研究是進一步提高試件疲勞性能的最佳途徑。在世界上有非常多的傳記學者對此方向進行了研究與分析，并且也產生了很多研究成果與發現。不過需要注意的是，在很多方面的研究還沒有做到完美，還需要同行繼續進行研究與分析。

一、機械加工表面完整性對試件疲勞性能的影響

（一）表面粗糙度對試件疲勞性能的影響

第一點，在行業中絕大多數的專家學者都認為加工表面粗糙度被認為是表面完整性中最關鍵的一項指標，使生產過程中想要獲得高質量的零件加工的重要指標。除此之外，在生產過程中某些條件的影響下，加工表面粗糙度也同樣會對零件生產的疲勞性產生非常重大的影響，通過實驗證明了表面粗糙度的區別也同樣會對零件自身的疲勞性產生非常重大的影響。在通常情況下，生產過程中的表面粗糙度越大，也就會造成零件表面的微觀溝痕越深，并且局部應力集中的情況也會趨于嚴重，這將會在很大程度上破壞試件的疲勞性能。舉例來說，在法國航空制造工程師學院任教的Suraratchai 教授等專家學者就曾對航空鋁合金表面粗糙度對試件疲勞壽命的影響規律進行了有限元建模的試驗，通過本次的實驗Suraratchai 教授發現，伴隨著生產過程中粗糙度數值逐漸地趨于擴大，那么試件自身的疲勞性能也出現了逐漸下降的情況，特別是當試件處于低周疲勞的情況下，這種情況將會被無線放大，該實驗證明了機械加工表面完整性與試件疲勞性能之間處于負相關的關系。

（二）表面硬化對試件疲勞性能的影響

在實際的機械加工的過程中，在對表面硬化的工件進行加工的過程中，主要是通過金屬受到切削力的影響，促使工件表面產生嚴重的變形反應，這會使得金屬自身的晶格發生大規模扭曲，導致金屬自身的晶粒破損，進而延伸出纖維化以及拉伸的情況，以上這些情況的存在會進一步阻礙金屬的變形反應，這時的工件在加工的過程中表面的硬度上升，難以被加工塑性。但是，在表面完整性的指標的測試中，加工表面硬化是能夠對試件疲勞性能產生影響的重要條件之一。需要注意的是，現階段，專家學者在研究的過程中，對加工硬化對試件疲勞性能產生影響大小的實驗結果并不完全同意，總的來說，表面加工硬化能夠在一定程度上提升試件疲勞性能，但是在某些特定的環境條件下，特別是當試件處于高溫的環境中，會使得加工表面層被拉伸、纖維化金屬組織自身的擴散能力進一步增強，以上情況的存在就有可能會造成試件表面的承載能力下降，在這樣的環境下試件的疲勞性反而會出現下降的情況。

（三）表面殘余應力對試件疲勞性能的影響

加工表面殘余應力主要是指的在進行機械加工過后，工件自身內部維持平衡的一種內應力。在實際的表面完整性指標測試的過程中，加工表面殘余應力同樣是會對試件的疲勞性能產生一定的影響。在1950 年左右，Henriksen 教授的團隊就曾進行了針對性的試驗，試驗的主要方向是零件表面加工產生的殘余應力，Henriksen 教授的團隊認為表面加工殘余應力是試件生產過程中影響試件疲勞性能一個非常重要的因素。該實驗的結果是：殘余應力與外加循環應力代數相加，這會導致表面涂層材料的承受荷載能力明顯下降，假設能夠將循環載荷進行減小處理，那么試件的疲勞性能將會獲得大幅度的提升。筆者根據Henriksen 教授的團隊實驗結果可以得出這樣的結論：試件生產過程中的表面殘余壓應力可以進一步提升試件的疲勞性能，不過殘余拉應力則會產生發作用力，進一步降低試件的疲勞性能。

二、分析及結論

（一）就通常條件而言，伴隨著生產過程中粗糙度數值逐漸地趨于擴大，那么試件自身的疲勞性能也出現了逐漸下降的情況，特別是當試件處于低周疲勞的情況下，這機械加工表面完整性與試件疲勞性能之間處于負相關的關系。

（二）表面加工硬化同樣時能夠對試件疲勞性能產生影響的重要因素，但是在面對不同的加工工藝以及試件生產材料，該種影響的規律也會出現不同長度的變化，所以造成了一直沒有一個統一的標準。就通常情況而言，表面加工硬化能夠在一定程度上提升試件疲勞性能，但是在某些特定的環境條件下，特別是當試件處于高溫的環境中，會使得加工表面層被拉伸、纖維化金屬組織自身的擴散能力進一步增強，以上情況的存在就有可能會造成試件表面的承載能力下降，在這樣的環境下試件的疲勞性反而會出現下降的情況。

（三）加工表面殘余應力同樣是會對試件的疲勞性能產生一定的影響，試件生產過程中的表面殘余壓應力可以進一步提升試件的疲勞性能，不過殘余拉應力則會產生發作用力，進一步降低試件的疲勞性能。

三、結語

根據上文的論述，對于機械加工表面完整性影響試件疲勞性能的研究還需要進一步地深入，只有具備更加完善的理論才能夠為零件的生產發揮更好的指導作用，并且進一步提升抗疲勞加工技術在機械制造領域內的應用范圍。