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抛喷丸强化工艺如何产生残余应力
当一块平面片材进行抛喷丸强化时,通常强化的一侧会发生鼓起变形,这种鼓起变形表示材料的最上层被塑性拉伸或拉长,导致片材发生永久性弯曲,该机制可以解释如下:
如果理解为抛喷丸强化弹丸对片材的冲击力(这定向能要,它压紧表面是弹性变形,也可以是塑性变形,这取决于抛喷丸强化介质传递的能量,当传递的能量相对较低时,片材仅会回弹至其初始位置而不会产生残余应力,然而,当传递的能量足够大时,片材将发生导致弯曲的塑性变形,这种塑性变形通常仅会出现在近表面并随下列因素而变化:1)弹丸介质传递的能量。2)片材材料的机械特性。3)冲击弹丸介质自身的特性。当抛噴丸强化弹丸介质冲击片材时,近表层材料会发生弹塑性变形,同时,下方材料会发生弹性变形(即下方材料未发生塑性变形)。形成的表面到次表面应变场可以描述为弹塑性应变表面到弹性应变次
表面的应变分布,这种应变分布造成表面和次表面之间的“应变不协调”。当抛喷丸强化弹丸介质施加的载荷释放且片材回弹后,近表面材料仍因产生的塑性变形而部分地被拉长/拉伸,发生弹性变形的次表面材料也将试图回弹,但是,表面塑性变形材料施加的限制会阻止其完全弹回。因此,近表面材料将被压缩,同时要限制和约束次表面材科分离,固而对次表面层施加拉力(通常
认为仅会发生弹性弛豫),这就是近表面材料保持永久压缩,次表面材料保持永久拉伸及片材保持弯曲的原因。应注意,图1夸大了单次抛喷丸强化弹丸介质冲击的效果,事实上变形和回弹在整个抛喷丸强化周期中是随着每次冲击递增的,
即每次冲去都会对净变形产生“轮效应
a)抛喷丸强化前
b)抛喷丸强化介质冲击期间
C)抛喷丸强化后
材料中形成的残余应力场通常可以描述为从材料衣面到次表面层的分布,最大残余压应力通常位于或接近表面,应力大小取决于抛喷丸强化参数和材补本身的机械性能,残余压应力的大小通常会随着材料深度的增加而减小,材料的力学平衡表现为残余拉应力和残余压应力的平衡,这意味着表面层产生的残余压应力通常会被次表面层产生的残余拉应力抵消。
 
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