三沛有限公司

SUNBAY MACHANICAL Co., Ltd.

 
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有害的加工製造程序--

 

 

 

 

 

 

大部份的機械加工的程序都會引起有害的拉伸應力(張應力),如冷拉、彎曲、切削加工、研磨、成型加工、放電加工、線切割及電鍍加工及鑄造、鍛壓、焊接和金屬熱處理等,不均勻塑性變形或相變都可能引起拉伸殘留應力。

零件在不適當的熱處理、焊接或切削加工後,殘留應力會引起零件發生翹曲或扭曲變形,甚至破裂。經淬火或磨削后表面會出現裂紋。這些有害的加工程序使表面處於張應力的狀態,零件上的殘餘張應力和施加在零件上的負載應力(應力的加減)會加速零件疲勞破壞的形成。

   

 

淬火

 

 

 

 

 

淬火處理是以相變的方式來做表面的改質處理,材料在高溫下急速冷卻會產生熱應力及變態應力,這是由於材料的冷卻速率不同而引起的熱應力及由沃斯田鐵相轉化成麻田散田相因晶粒由小變大而產生的變態應力,這兩種力都屬於張應力是材料破裂的應力來源。

   

輪磨

 

 

 

 

 

 

 

通常,研磨過程中產生的局部熱量而導致殘留拉伸應力。金屬和研磨介質局部接觸產生熱並試圖擴大範圍。被加熱的材料比周圍的金屬強度弱,同時被屈服在壓縮應力內。

在冷卻時,被屈服的金屬企圖收縮。這種收縮遭受到的周圍金屬的抵制而產生殘餘拉伸壓力。殘留拉伸應力的大小將對疲勞壽命及抗應力腐蝕裂紋有負面影響。

輪磨時會產生大量的熱及因拉申而山現的塑性變形區域
 
 

機械加工

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在機械加⼯中,銑削、車削、鑽削、研磨等過程中,殘餘應力的最終狀態將取決於被加⼯材料、⼑具、加⼯參數和冷卻液等因素,在這些過程中,應力的產⽣和修改是由⼯具執行的局部加熱和接觸壓力給出,可產⽣拉應力或壓應力。

對於承受週期性應力的機械部件來說,疲勞性能是一個嚴重的問題,特別是在安全性至關重要的情況下。部件的疲勞性能密切依賴其表面完整性,因為疲勞裂縫通常從自由表面開始。傳統的車鉗銑鉋研磨都屬於線性的加工方式,其加工過程中均會在材料的表面上產生連續性的線性紋理,而這些線性的紋理均是疲勞破瓌的啟始位置。疲勞破壞始於部件的表面,而這些細微的線性凹陷紋理均是裂縫開始的起點。

小型齒輪的表面加工都為線性的加工
 
 

電鍍

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

電鍍的疲勞缺陷可能是由脆性表面的微裂紋、氫脆或殘餘拉應力所引起,電鍍層中的微裂紋能快速的增生及繁殖到基材中並導致破壞的提早發生,所以許多金屬零件在鍍鉻和鍍鎳之前被要求進行珠擊處理,以消除電鍍層對零件疲勞壽命有害的影響。尤其是在有循環負載的零件上,建議在電鍍前進行珠擊處理,以提高疲勞性能。對於在動態載荷下需要無限壽命的零件,美國聯邦規範 QQ-C-320和 MIL-C-26074要求在鍍鉻或化學鍍鎳之前對鋼件進行珠擊處理來增加金屬的疲勞強度。對於其他硬質的電鍍程序如電解鎳也可提升疲勞強度。
圖面來源: Effect of Shot Peening on the Strength and
Corrosion Properties of EN AW 6082-T651 Aluminium Alloy
 
 
 
 

陽極處理

 

 

 

硬質陽極處理如同前述的鍍硬鉻處理一樣,陽極層是屬於多孔性,孔洞會造成應力的集中,造成疲勞破壞,珠擊可以改善陽極層的疲勞性,珠擊為基材在陽極前提供了類似電鍍一樣的功能。

   

放電加工(EDM)

 

 

放電加工本質上是一種"無作用力"火花電蝕刻的加工程序,放電的過程中會產生熱來熔化金屬,這過程在基材的表面上產生一層重熔層,此層是脆性同時表現出和焊接的過程相似的拉伸應力。

   

電化學加工(ECM)

 

 

 

 

 

 

 

電化學加工是材料在一個高濃度的化學溶液中,通過經由控制電流對材料產生溶解。疲勞特性的降低歸因於表面的軟化(rebinder 效應), 並在最先的反應中在晶界上留下了表面的缺陷。

EMC的程序中產生近乎完美的零件幾何,然而,在電子顯微鏡下觀察,發現在EMC的表面上有時會有小孔穴的發生,這些洞穴明顯的造成應力的集中,導致過早的破壞。ECM 後再經由珠擊強化能克服此一缺陷,同時明顯的具有提高零件的疲勞強度。

   

焊接

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

焊接所引起的的殘留拉伸應力,因為焊接材料在是處在一個熔融狀態下,這是最熱的,最膨脹的狀態。在此狀態下和基材結合,而基材是比焊材要冷得多。焊縫迅速的冷卻,並在冷卻的過程時產生收縮。因為它已經結合到一個相對較冷的基材上,基材無法收縮。焊道收縮的結果是被基材被“拉伸”。熱影響區的殘留應力通常是受最嚴重的影響,不一致的焊接填充材料,化學,焊縫的幾何形狀,孔隙率等,因此破壞通常會在那裡發生。殘留應力的集中和施加的拉伸應力導致疲勞的破壞。

 

 
焊接過程的狀態