机械加工强化机理与工艺技术分析

杨豪虎

（湖南有色金属职业技术学院，湖南 株洲　412000）

机械加工强化机理与工艺技术分析

杨豪虎

（湖南有色金属职业技术学院，湖南 株洲412000）

文章通过对机械加工工艺的强化原理进行分析研究，并且根据当前工艺设备以及强化原理的发展现状，对机械加工强化机理与强化工艺的关系进行讨论，从而分析出机械加工强化工艺的发展方向。

机械加工；强化激励；加工工艺

随着我国工业经济不断进步，为了保证我国工业可以稳定发展，对当前工业领域所使用的材料以及零件的使用性能以及寿命提出了更高地要求，并且需要零件与材料必须适用于各种苛刻的环境当中。对于零件而言，其材料的强度、摩擦磨损、腐蚀性以及耐热性等都是影响零件使用寿命的重要因素，所以为了保证我国工业用料的正常稳定，就必须对材料制造行业的技术提出更高地要求。

1　机械加工强化机理

从微观的角度出发，材料当中原子间的结合力越紧密，则材料的强度越高，所以材料的塑性变形可以通过滑移来完成并且可以通过对滑移受力进行计算从而计算出临界盈利。但是，材料的实际强度要远弱于临界应力所计算出的实际强度，从而根据实际计算效果而得出晶体位错理论。这种理论的主要内容以材料当中的晶体位错为前提，从而利用位错的运动来实现塑性变形，但是其设计道德范围仅仅是几列原子。虽然这种结论与实际材料强度依然存在一定的差距，所以可以根据这种差异性来保证材料强化机理的可靠性。在实际生产的过程中，通常是增大材料当中晶体的错位密度，从而设置出障碍阻挡晶体的移动，造成位错源活动，并且在实际生产过程中需要根据材料的实际种类以及强化机制，强化机制可以分为固溶强化、辐照强化、择优取向强化、第二相强化等等，从而根据加工设备以及加工方法对不同材料进行滚压工艺、轧制工艺、磨削强化工艺以及激光冲击强化工艺。

（1）错位强化。虽然在实际生产的过程中，临界切应力会由于材料晶体错位小于理论值，但是通过晶体的互相缠绕与作用，可以增大材料的位错密度，从而增加位错运动的困难度，增强材料的强度，提高材料的强度与硬度。由于这种反应在实际生产中较为复杂，虽然建立了仿真模型，但是只能定性描述金属强度中的位错行为。并且根据位错强化机制，材料在生产过程中流变应力的滑移面当中有足够的数量在一定的时间内对其限度以及位错间距所需的应力进行扫描。并且其生产数据会等于位错滑移面上运动所受到的阻力，并且通过位错强化，材料的流变应力会分为晶格阻力与错位强化贡献。

（2）晶界强化。材料的位错会受到晶粒中晶界的阻碍受到一定的影响，并且在材料发生变形的过程中，其位错的运动会产生一定的阻力，并且当晶界成为位错源的时候，密度会不断增大，进而提高材料强度，并且随着材料强度增加，会发生直接作用以及间接作用。当晶界本身会随着晶体内的滑移产生的阻力，从而产生直接强化作用，但是这种位错塞积会产生明显的阻碍作用，并且其应力会产生较高的集中效果，从而影响晶体的变形效果。而进行间接作用的过程中，通过晶体随着晶体的弹性以及变形的相容性会产生一定的变化，并且让晶体当中的滑移以及多滑移产生集中的高应力，从而提高了晶体的强度。

（3）应变强化。在材料变形的过程中，由于应变强化会使材料中原有的位错运动产生各种附加位错，并且在运动的过程中互相产生作用，并且随着定位错运动会使之前产生的位错造成一定的阻碍，从而增加了材料的强度。应变强化又被称为加工硬化，通常应变强化对于晶体材料的硬化加工而言共有易滑移阶段、线性硬化阶段、动态恢复硬化阶段等三个阶段。在易滑移阶段，加工硬化速率会不断降低，并且速率会受到材料晶体结构、位向以及材料当中存在杂质的影响。而线性硬化阶段的加工硬化速率会不断变高，并且与材料的应变量呈现出线性关系，不过在这个阶段硬化速率不易受到材料的成分以及晶体位向的影响。而动态恢复硬化阶段的过程中，在这个阶段硬化的速率会不断降低，反应过程中呈抛物线，并且在这个阶段反应速率会受到变形温度、层错能以及应变率的影响，应力在变形过程中影响较小，这个阶段会随着材料的盈利饱和点结束。

（4）择优取向强化。在加工材料的过程中可以通过材料的精力择优取向来提高材料强度，并且塑性材料在发生变形的过程中通过晶粒择优取向会产生形变织构，并且这种强化机理会产生纤维织构与板织构两种结果。而且在加工的过程中，材料的组织会随着形变织构的强化均匀化，材料当中的精力会以向线结构的方式进行排列。其中，形变织构的模型主要由全约束与半约束组成。形变织构在强化的过程中，其效果会受到材料的成分、结构、变化温度、处理工艺等因素的影响，在实际生产的过程中，其形变温度不断降低，会使形变织构不断增强，如果形变温度不断增高的话，会让材料的结晶晶体变大，使材料晶体变大，导致其内部组织不稳定，降低了强度。

2　机械加工强化工艺

（1）喷丸强化。在完全人工控制的状态下，进行喷丸强化的过程中，将大量的弹丸喷射到材料表面，从而使材料表层当中的晶粒细化以及塑性产生变形，让材料呈现出理想的组织结构，并且残余应力的不断强化，会提高材料的强度以及使用寿命。喷丸强化工艺是当前使用最广泛的表面强化工艺，这种强化工艺的加工效率高，并且操作简单、生产成本低，使材料表面硬度以及使用寿命得到增加。并且灵活的使用喷丸工艺可以增强材料的抗腐蚀能力，对交变应力以及应力腐蚀下使用的材料与零件进行加工的过程中，喷完强化是最为合适的工艺。

（2）激光冲击强化。激光冲击强化属于喷丸强化的新工艺形式，但是由于设备的不同以及工艺存在一定的特殊性，导致这种加工方法被归结为另一种材料加工工艺。激光冲击强化工作通常是利用高功率密度、短脉冲的强激光穿透材料的约束层，从而使材料表面上的能量吸收激光，使其表面的能量汽化，汽化之后的蒸汽会不断吸收激光当中的能量，并且形成离子体发生爆炸，而这些爆炸物被限制在约束层与材料表面之后，其压力会不断升高，从而产生强应力波向材料内部扩散，当压力大于一定的等级之后，会使材料产生强烈的塑性变形，从而使零件表层组织当中的密度极具增大，导致表层晶粒不断细化，从而让材料强度不断增强，并且提高了材料的表面硬度以及流变强度。这种加工工艺会受到材料的涂层、约束层厚度、激光波长、激光功率以及冲击方式等影响，其中对材料的强化效果最明显的是激光功率密度，所以在实际生产的过程中，需要根据激光诱导以及冲击波压力对激光功率的密度进行控制。

（3）滚压强化。滚压强化工艺的工作原理是通过对材料表面进行滚压，从而产生一定的压力，利用材料的弹塑性变形，改变材料当中的金属组织结构、物理性质、形状与尺寸以及其机械特性发生改变。在进行滚压强化的过程中，可以对材料的强度及光整形进行强化。在大部分的生产情况当中，滚压强化可以代替材料的表面处理，并且对材料的精加工工序也有着促进作用，辊压加工材料表面层的受压面型会对材料产生弹性变形以及塑性变形。但是如果滚压强化工艺的滚压力超过一定屈服点的时候，材料晶粒会发生滑移、位错与破碎的情况，并且产生塑性变形，在滚压工具离开之后，弹性变形的恢复会受到表层塑性变形的影响，导致无法达到强化材料强度的目的。

3　结语

材料强化工艺是保证工业材料强度、材料抗腐蚀性、耐热性等因素的重要技术，发展机械加工强化机理以及材料强化工艺是保证我国工业稳定发展的重要条件，通过加强科研力度，对加工强化激励以及强化工艺当中存在的问题进行分析与研究，并且通过科学合理的解决方法，保证我国工艺可以稳定发展。

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

杨豪虎（1982-），男，湖南湘潭人，硕士研究生，工程师，主要研究方向：机械、职业教育。