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噴丸強(qiáng)化中的殘余應(yīng)力檢測(cè)

冷加工引起的塑性變形會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。殘余應(yīng)力的程度和性質(zhì)（拉應(yīng)力或壓應(yīng)力）取決于加工過(guò)程的程度和類型。

噴丸強(qiáng)化是一種冷加工工藝，在該工藝中，零件表面用稱為噴丸的小球進(jìn)行噴丸處理。該過(guò)程會(huì)在零件表面引起塑性變形，減少零件表面拉應(yīng)力并引入有益的殘余壓應(yīng)力。噴丸強(qiáng)化是類似于表面滾壓的過(guò)程，兩者都使表面塑性變形以形成殘余壓應(yīng)力的深度分布。

在零件表面引入殘余壓應(yīng)力可提高對(duì)疲勞失效和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 (SCC) 的抵抗力，從而延長(zhǎng)零件的使用壽命。

對(duì)鋼、鋁合金、鈦合金、鎳基合金和一些陶瓷來(lái)說(shuō)很容易進(jìn)行噴丸強(qiáng)化處理。而對(duì)于需要高循環(huán)疲勞和強(qiáng)度的零件，如彈簧、齒輪、凸輪軸、曲軸和渦輪葉片來(lái)說(shuō)，噴丸強(qiáng)化是生產(chǎn)中關(guān)鍵的一步。

噴丸強(qiáng)化過(guò)程中的應(yīng)力形成

典型的噴丸強(qiáng)化表面應(yīng)力深度分布。在這個(gè)例子中，超過(guò)400 MPa 的殘余壓應(yīng)力會(huì)在組件的次表面產(chǎn)生，在深度上應(yīng)力方向和應(yīng)力值的變化可通過(guò) X 射線衍射法來(lái)確認(rèn)。

噴丸強(qiáng)化在許多行業(yè)都有一席之地，甚至是在健康行業(yè)。該圖顯示了用于人體髖關(guān)節(jié)的鈦合金在噴丸處理之前和處理之后的殘余應(yīng)力的深度分布。該工藝通過(guò)在表面和次表面下產(chǎn)生更高的殘余壓應(yīng)力來(lái)提高髖關(guān)節(jié)的耐用性，后處理圖顯示目標(biāo)已實(shí)現(xiàn)。

巴克豪森噪聲法分析儀可用于顯示噴丸后和未噴丸前殘余應(yīng)力深度分布之間的差異。巴克豪森噪聲法作為一種自動(dòng)監(jiān)測(cè)法可以無(wú)損地分離已噴丸和未噴丸零件。在相對(duì)較軟的鋼結(jié)構(gòu)件中，巴克豪森噪聲信號(hào)水平會(huì)持續(xù)增加，在硬質(zhì)馬氏體（滲碳或表面硬化）材料中，巴克豪森噪聲信號(hào)水平會(huì)降低。

巴克豪森噪聲法可量化下次表面應(yīng)力而無(wú)需去除表層。但是，巴克豪森噪聲法分析儀需要一個(gè)標(biāo)定研究來(lái)生成MPa值，巴克豪森噪聲法對(duì)噴丸零件的評(píng)估是無(wú)損且快速的。

噴丸強(qiáng)化會(huì)影響零件的各種特性，如殘余應(yīng)力分布、表面粗糙度、結(jié)構(gòu)完整性（變形）、硬度、裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。

Schulze教授在他的論文中將影響噴丸強(qiáng)化處理結(jié)果的參數(shù)分為設(shè)備相關(guān)、噴丸相關(guān)和工件相關(guān)三類。 論文描述了設(shè)備的相關(guān)參數(shù)如覆蓋率、沖擊角、噴丸時(shí)間，射速工件參數(shù)如幾何形狀、硬度、溫度和射程相關(guān)參數(shù)如形狀、尺寸、質(zhì)量等。 [1]

下面是噴丸強(qiáng)化應(yīng)力的另一個(gè)例子。 在本例中，殘余應(yīng)力的深度分布由 Prism激光小孔法應(yīng)力分析儀來(lái)創(chuàng)建，該設(shè)備是基于傳統(tǒng)鉆孔法和 ESPI 法相結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)。

傳統(tǒng)的鉆孔法是通過(guò)去除一定體積的材料使應(yīng)力平衡發(fā)生變化，剩余的材料會(huì)重新平衡其應(yīng)力場(chǎng)，這種應(yīng)力釋放和表面變形可以通過(guò)電阻的變化來(lái)測(cè)量。

ESPI–電子散斑圖干涉測(cè)量法是一種非接觸式測(cè)量技術(shù)，能夠以高分辨率測(cè)量和監(jiān)測(cè)非均勻應(yīng)變場(chǎng)的應(yīng)力變化。

該圖顯示了噴丸強(qiáng)化后零件的四種不同應(yīng)力深度分布。首先，該零件已使用 X 射線衍射法（XRD 環(huán)）進(jìn)行測(cè)量，然后使用 ESPI/鉆孔技術(shù)（ESPI B1、B2、B3）連續(xù)3次測(cè)量以驗(yàn)證結(jié)果的可靠性和一致性。

綜上所述，可以說(shuō)噴丸強(qiáng)化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是相當(dāng)有益的。但是，需要通過(guò)深度分析來(lái)確認(rèn)應(yīng)力值和應(yīng)力分布情況。有多種方法可以創(chuàng)建應(yīng)力深度剖面圖，如 X 射線衍射法、ESPI 鉆孔法或巴克豪森噪聲法。