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  • 机械制造中的抗疲劳 产品型号:工业“四基”
    工业“四基”
    1、关键基础材料
    2、核心基础零部件(元器件)
    3、先进基础工艺
    4、产业技术基础

产品介绍
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        关键基础材料、核心基础零部件(元器件)、先进基础工艺和产业技术基础等,简称工业“四基”。
        中国制造与世界一流产品给人的印象的主要区别在于相当一部分中国制造产品粗制滥造,使用寿命不够长久。从机械加工方面来讲,我们想要完成中国制造2025的目标,需要完成打造好核心基础零部件、先进基础工艺的成熟完善的历史使命。
        在现代工业的各个领域中,大约有50%~90%的金属材料结构强度破坏属于疲劳破坏,疲劳破坏是指在远低于材料强度极限甚至屈服极限的交变应力作用下,材料发生破坏的现象。

疲劳裂纹的扩展

       金属材料无论是塑性材料还是脆性材料,疲劳断裂的发生,没有明显的塑性变形和事故征兆。抗疲劳制造技术是指在不改变金属零部件材料和尺寸的前提下,是在机械制造的过程中改变金属零部件内部组织和应力分布状态来来提高零部件使用寿命的制造技术。


一、疲劳寿命受很多因素的影响
       表面残余应力、表面显微组织、表面缺口效应、材料硬度、腐蚀环境等;一些对材料静态情况下影响很小的因素在交变应力的作用下对工件的寿命却起着非常显著的影响,比如缺口效应。所谓抗疲劳制造技术,就是通过控制表面完整性和表面变质层来保证疲劳强度的新一代先进制造技术,抗疲劳制造能够抑制疲劳强度应力集中敏感,可以使材料的性能发挥到极限,使关键构件达到长寿命。

        
二、表面完整性技术
       所谓表面完整性是指控制加工工艺方法造成的损伤或强化的表面状态,他是制造加工过程中构件表面材料可能产生的各种改变机器对构件服役性能影响的总描述和控制。为了保证构件表面完整性,必须采用和发展抗疲劳制造。与现行的成形制造是很不相同的。成形制造中应力集中是不可避免的,应力集中(缺口效应)是疲劳研究中的关键问题。制造过程中的刀痕、划伤现象会造成应力集中严重影响使用寿命。

      
三、提高金属抗疲劳制造常用的思路与方法
   

1、提高加工精度降低表面粗糙度值,减少应力集中的影响;
2、在金属结构的薄弱部位或者拉应力集中的部位,引入高值压应力;
3、细化表面层显微组织,细化晶粒;
4、提升材料的硬度和耐磨性,抑制在循环应力下工件产生的局部塑性变形;

抗疲劳制造的方法主要有物理、化学、机械加工的方法。
物理方法通过提高表面的硬度和耐磨性提升工件的疲劳寿命;表面淬火是典型的物理抗疲劳制造技术,表面淬火淬硬层中的马氏体组织很细,硬度和强度比一般的整体淬火高,因而具有较好的抗粘着磨损与疲劳磨损的能力。

化学方法:化学方法是利用化学热处理技术通过改变表面化学成分,并形成单相或多相的扩散层,大大提高材料表层的硬度,要包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、磷化和阳极氧化等工艺

机械加工方法:机械方法的突出特点是利用冷变形技术,使金属材料表面产生形变硬化层,并引入高的残余压应力,因而减少了疲劳应力作用下裂纹的形核并抑制裂纹的早期扩展,从而显著提高机械零件的抗疲劳断裂和抗应力腐蚀开裂的能力。主要工艺方法包括滚压、挤压、喷丸、干涉配合和抛光处理等,是抗疲劳制造的一种主要方法。

除了以上传统的加工工艺,一种能量加工方式得到材料抗疲劳性能比传统方法有显著地提高,其发展应用前景极为广阔。是将电能转化为冲击能和激活能的符合能量,通过超高频振动的方式,对工件进行微观塑性变形,不改变物质的状态,强化后材料表面光洁度显著提升,变形一也很小,同时处理后的表层内应力为压应力,硬度和耐磨性有显著提升,与机械加工方法不同的是,材料表面细化至纳米级别,硬度的改变是由外到内过渡变化。对材料的疲劳性能有很大的提高,有较大的技术经济效益。

四、抗疲劳制造技术的发展前景
抗疲劳制造技术是新一代先进制造技术,也是一种新的制造理念。抗疲劳制造技术覆盖了构件的主要制造技术领域,所谓的抗疲劳制造的理念是说构件从设计到制造加工以及组合装配的全过程中,无不遵从抗疲劳的制造理念,无不遵从无应力集中的抗疲劳概念,无不采用降低应力集中的抗疲劳设计方法和制造技术。

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