- Category: 加工程序的影響
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。 電鍍操作之前對母材進行珠擊處理來防止氫脆。由於原子氫的流動性極強,很容易滲透金屬並與金屬相互作用,因此珠擊處理會降低金屬的延展性和承受循環負荷的能力。珠擊處理已被證明可以有效地阻止氫氣經由金屬的遷移。 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。 |
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金屬零件經由珠擊處理後在零件的表面上形成一個壓縮應力層,此壓縮應力不僅抵抗了電鍍層微裂縫的傳播,同時也可阻止零件材料本身微裂縫的增生及繁殖,對於零件的在使用上不會提早的失效。 |
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Effect of a Shot Peening Pre Treatment on the Fatigue Behaviour of Hard Chromium on Electroless Nickel Interlayer Coated AISI 4340 Aeronautical Steel |
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放電加工 (electrical discharge machining,EDM) 放電加工是一種電弧放電的加工程序,使工件成為所需形狀的一種製造工藝,電極和工件沒有接處,沒有切削內應力的問題,基本上是所謂的 (無力的) 加工方式,但這不意味被加工的表面不存在力的行為,電弧在介電液中和工件的表面產生微熔融現象,表面在介電液中快速冷卻的過程中重新固化,在加工面上形成堅硬易脆的白層,在此過程中包含著熱應力、塑性變形和收縮在加工面上引起殘留拉應力,在密極的放電過程中引起材料的微裂縫的產生,這些微裂縫是導致疲勞破壞的主要原因。珠擊處理對於放電加工的零件來說除了可去除白層及表面的一致性的美觀和降低粗糙度外,最主要的功能是消除放電加工所引起的殘留張應力,同時施加壓應力在工件的表面上抑制微裂縫的擴展,對恢復零件的疲勞強度有很大的助力。 |
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電化學加工 (Electrical machining,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。電化學加工有著很高的金屬移除率,沒有熱應力,也沒有機械應力殘留,加工表面可以達到鏡面的水準。即使ECM被認為是一種相對無應力的程序,但疲勞特性的降低歸因於表面吸附層效應(rebinder 效應),並在最先的反應中在晶界上留下了表面的缺陷。ECM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ECM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,導致破壞的發生。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。 |
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在機械加⼯中,在銑削、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。 |
右圖顯示齒冠部份為車削製程,齒面及底部為研磨製程,都為線性的加工,車削的製程在表面留下明顯的波峰及波谷的紋理,齒面及齒底部份為研磨製程所以紋理比較細緻,倍數不足無法顯示其紋理狀況,但由表面看來其紋理承線狀的排列,倍數大一點也可看到溝槽狀的紋理。 |
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經由珠擊過後可看到車削的較為模糊,但仍可看到一致性的條紋排列,齒面及齒的部份幾乎看不到規則性線條的排列。 |
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磨削會因加工過程中產生的局部熱量而產生殘餘拉伸應力。與研磨介質接觸的金屬局部受熱並試圖膨脹。被加熱的材料比周圍的金屬更脆弱並且在壓縮時屈服。冷卻後,屈服的金屬試圖收縮。這種收縮受到周圍金屬的抵抗,從而產生殘餘拉應力,磨削產生的殘餘拉伸應力可以接近材料本身的極限抗拉強度,殘餘拉伸應力將大大減少接地部件的疲勞或應力耐腐蝕性。另外磨粒在材料的表面快速移動留下溝槽型線性的粗糙表面,這些表面的溝槽在導致應力的集中,在張應力的作用下加速引起裂紋的產生導至元件破壞。 輪磨處可使用的珠擊來消除表面的拉伸應力同時引入有益的壓應力防止因磨削引起裂紋的萌生及裂縫擴展。 |
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