一、 工程材料/零件經(jīng)過各種冷、熱加工處理后,材料基體獲得了一定的顯微組織結(jié)構(gòu)(Microstructure -Ms),該MS決定了工程材料的常規(guī)力學(xué)性能,如抗拉強(qiáng)度(o)、屈服強(qiáng)度(0.2)、延伸率(2)、面縮(4)等。一般地講,材料基體的Ms,決定了材料的常規(guī)力學(xué)性能。

此外,一些金屬材料在單調(diào)或循環(huán)應(yīng)力作用下,裂紋的起裂不在基體材料的內(nèi)部,而是起裂于材料的外表面,經(jīng)過一段亞臨界裂紋擴(kuò)展最后導(dǎo)致失穩(wěn)斷裂。如材料的疲勞斷裂(Fatigue fracture -FF應(yīng)力腐蝕開裂(Stress corrosion cracking-SCC)、氫致脆性斷裂 (Haydrogen embrittlement fracture-HEF)等,均屬這種類型的宏觀脆性斷裂。對(duì)這種類型的斷裂,可統(tǒng)稱為“表面起裂引發(fā)的斷裂” (Fracture induced by surface cracking -FISC),工程材料的FISC性能,往往不是取決于基體材料的Ms,而是取決于材料的表面狀態(tài),即首先取決于材料的表面完整性(Surface integrity-SD) ,其次才取決于基體材料的MS。由此可見,試驗(yàn)研究這類FISC力學(xué)性能,改進(jìn)和提高發(fā)生PISC材料/零件在各種服役場(chǎng)合下的使用性能,應(yīng)首先研究S1對(duì)這類材料/零件FISC力學(xué)性能的影響。

二、工程材料/零件的表面完整性

這里所研究的SI是對(duì)工程材料的FISC性能有直接影響的顯微組織參量、物理化學(xué)參量以及表面輪廓形貌等三方面的參量。而影響這些參量變化的是材料/零件在制造過程中所經(jīng)受的各種冷熱加工

上面已經(jīng)講述了材料基體力學(xué)性能與其MS間的關(guān)系,對(duì)于由原材料加工制成的機(jī)械零件而言,其FISC性能首先取決于材料/零件的SI.這里同樣可以認(rèn)為,一定的加工工藝決定了零件具有一定的SI,而一定的SI又決定了零件的FISC性能。根據(jù)以上的論述,可以對(duì)控制材料/零件表面起裂引發(fā)失穩(wěn)斷裂的表面完整性做出以下狹義的定義：凡能改變表面起裂引發(fā)失穩(wěn)斷裂的工程材料/零件的表面(層)顯微組織結(jié)構(gòu)參量、力學(xué)性能參量、殘余應(yīng)力參量以及表面應(yīng)力集中等參量之總和,稱作表面完整性。至今為止,國(guó)內(nèi)外公開發(fā)表的大量的試驗(yàn)研究結(jié)果均已表明,無(wú)論工程材料/零件的基體強(qiáng)度之高低,凡發(fā)生FISC破壞者,其表面完整性總是起著決定性的作用。

三、表征表面完整性的物理量

采用各種物理量來表征和度量SI中的各種參量。圖1示出的方塊圖詮釋了表征各參量的各種物理量。通過試驗(yàn)測(cè)定加工處理前后材料/零件的各種物理量,由此獲得加工處理前后兩種狀態(tài)的表面完整性參量。根據(jù)各種SI參量對(duì)材料/零件FISC性能影響的一般規(guī)律性,再根據(jù)加工處理前后兩種S1參量變化的對(duì)比分析,便可評(píng)定新的SI參量將對(duì)材料/零件FISC性能影響的趨勢(shì)1-。然后,再根據(jù)這些影響趨勢(shì),通過調(diào)整加工處理工藝規(guī)范來調(diào)整表征SI諸參量,最終可獲得優(yōu)化的SI,由此使材料/零件達(dá)到具備優(yōu)良FISC性能的目的。

四、噴丸強(qiáng)化工藝技術(shù)在改善零件表面完整性中的作用

近百年來在工程上用以改變零件SI的表面強(qiáng)化工藝已有十余種,至今為止,在工程上應(yīng)用最廣覆蓋面最大的莫過于表面噴丸形變強(qiáng)化工(Shotpeeningstrengthening technology-SP), SP已在航空、航天、汽車、機(jī)車、石油、礦山、兵器、機(jī)械基礎(chǔ)件(彈簧、齒輪、鏈條等)等的制造業(yè)中獲得了最廣泛的應(yīng)用。由噴丸機(jī)床、噴丸介質(zhì)和噴丸強(qiáng)化工藝技術(shù)三大要素構(gòu)成的表面噴丸形變強(qiáng)化工程,已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有龐大規(guī)模的新型行業(yè)部門,承擔(dān)起為我國(guó)機(jī)器制造業(yè)提供各種表面強(qiáng)化機(jī)床(2-6軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控噴丸機(jī)床)、強(qiáng)化用介質(zhì)(各種類別、尺寸、硬度的彈丸)、強(qiáng)化處理工藝規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)以及強(qiáng)化處理工藝技術(shù)等。噴丸過程就是靶材表面發(fā)生循環(huán)塑性變形的過程,也是改變靶材表面完整性的過程。因此,噴丸強(qiáng)化就是通過改變靶材表面完整性來達(dá)到提高疲勞、應(yīng)力腐蝕與氫脆這類宏觀脆性斷裂的斷裂抗力(Fracture re sistance)的目的。