噴丸強(qiáng)化表面的疲勞過程

在載貨汽車中，鋼板彈簧把車架與車橋用懸掛的形式連接在一起，承受車輪對車架的載荷沖擊，消減車身的劇烈振動(dòng)，保持車輛行駛的平順性和對不同路況的適應(yīng)性。50CrVA作為鋼板彈簧的最常用材料，有良好的力學(xué)性能和工藝性能，淬透性較高，釩的加入使鋼的晶粒細(xì)化，降低過熱敏感性，提高了強(qiáng)度和韌性，具有較好的抗疲勞強(qiáng)度，屈強(qiáng)比也較高。

噴丸強(qiáng)化是利用高速彈丸流對金屬材料表面進(jìn)行沖擊，使其表面及近表面發(fā)生塑性變形，出現(xiàn)應(yīng)變硬化、組織結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力的變化，可以改善零件的表面完整性，提高零件在室溫下和疲勞斷裂抗力和應(yīng)力腐蝕開裂抗力。

本文研究了高強(qiáng)度彈簧鋼50CrVA無缺口板狀試樣經(jīng)淬火回火后達(dá)到1200～1800MPa的抗拉強(qiáng)度時(shí)表面處理后的殘余應(yīng)力，以及各種表面狀態(tài)下的疲勞行為。

材料和熱處理

50CrVA主要成分見表1。用長400mm的試樣先在860℃淬火，然后分別在390℃、500℃、615℃進(jìn)行回火，獲得了抗拉強(qiáng)度為1200MPa、1500MPa、1800MPa的試樣。試樣按表2進(jìn)行表面處理。

試驗(yàn)結(jié)果

試樣的加載采用四點(diǎn)彎曲法，最小應(yīng)力為常數(shù)200MPa，最大應(yīng)力可變。殘余應(yīng)力的測試采用X射線法，晶格變形可按照Sin2

法計(jì)算。為了測量殘余應(yīng)力分布，使用電解拋光對試樣的表面進(jìn)行連續(xù)剝層。

地標(biāo)石，指天然形成的、有一定歷史文化沉淀的、不可移動(dòng)的、具有地標(biāo)意義的大型觀賞石。如貴州梵凈山的蘑菇石、天柱縣的天柱石、長江三峽的神女峰、山東泰山的五岳之尊等。

疲勞試驗(yàn)前的表面狀態(tài)見表3，抗拉強(qiáng)度1500MPa的試樣表面粗糙度，在未噴丸時(shí)大約為31μm，而經(jīng)噴丸處理后升高至63μm，強(qiáng)度為1200MPa的試樣情況與此類似。但1800MPa的高強(qiáng)度水平的試樣噴丸后表面粗糙度卻顯著的降低至37μm。

間斷發(fā)熱時(shí)要4小時(shí)測量體溫1次，有發(fā)熱時(shí)體溫未超過38.5℃不予處理，高于38.5℃者給予物理降溫，體溫39℃以上者給予物理降溫并輔以藥物降溫，并每小時(shí)測量體溫1次。在病情允許情況下，喂溫開水，避免退熱出汗多，體溫驟降而發(fā)生虛脫現(xiàn)象。

裂紋萌生期依賴于抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度增加可使裂紋萌生時(shí)間增加，這種關(guān)系也適合于低溫的情況，但裂紋產(chǎn)生后，并不穩(wěn)定擴(kuò)展。這是由于隨著表面層殘余應(yīng)力的增加，裂紋的擴(kuò)展可被推遲到N

(該點(diǎn)定義為裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展至斷裂時(shí)的壽命)。隨著壓應(yīng)力的增加，裂紋遲緩(N

-N

)增加，循環(huán)到斷裂的周次N

也增加。N

為裂紋萌生時(shí)的循環(huán)周次，N

為循環(huán)至斷裂的周次。

到了1931年，瑞士鐘表行業(yè)才正式集體亮相MUBA；1973年，定名為第一屆歐洲鐘表珠寶展；1983年，更名為Basel；新世紀(jì)2003年，正式改為今天這個(gè)名字: Basel World, The Watch and Jewellery Show。2013年，啟用了現(xiàn)在這座耗資4.3億瑞士法郎的新展館。

河堤縱段設(shè)計(jì)原則：盡量結(jié)合原河道底坡，并使土方挖填平衡。河道設(shè)計(jì)流量393 m3/s（10年一遇），工程等別為Ⅴ等，主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級。

(2) 環(huán)青藏高原東側(cè)第一階梯坡降區(qū)的復(fù)雜地形地貌，是川藏高速公路崩塌發(fā)育的根本原因之一，其地形陡、坡降大，岷江、大渡河流經(jīng)的高山峽谷區(qū)，為崩塌危巖的發(fā)生奠定了良好的地形地貌基礎(chǔ)。

⑴噴丸前的預(yù)應(yīng)變減少了塑性應(yīng)變速率；降低試驗(yàn)溫度，則塑性應(yīng)變降低；

⑵裂紋源通常在非金屬夾雜物附近，這是由于夾雜物局部區(qū)域造成了很高的應(yīng)力集中；

2008年以來，貴州省麻江縣完成了5個(gè)年度（2008—2012年）的石漠化綜合治理任務(wù)，取得了明顯的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。該縣也因工作突出曾兩度 （2009年、2012年）被評為全省石漠化綜合治理先進(jìn)縣。及時(shí)梳理和總結(jié)前階段工作，探索創(chuàng)新治理思路，對深入推進(jìn)石漠化治理工作和提高治理水平具有積極意義。

試樣表面上的殘余壓應(yīng)力隨著抗拉強(qiáng)度的增加而增加，并且殘余壓應(yīng)力的最大值和它在表面層下的深度也與此類似。預(yù)應(yīng)力噴丸使試樣表面產(chǎn)生了最大的殘余壓應(yīng)力，同時(shí)預(yù)應(yīng)力噴丸不但使殘余應(yīng)力的最大值增加，而且使最大值距表面的深度增加。

同一表面處理狀態(tài)下，增加抗拉強(qiáng)度，疲勞壽命增加。同一抗拉強(qiáng)度下，預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的疲勞壽命增加。

疲勞壽命受臨界裂紋長度ac的限制，而臨界裂紋長度依賴于抗拉強(qiáng)度和溫度。降低溫度和增加抗拉強(qiáng)度都使臨界裂紋長度減少，當(dāng)然，臨界裂紋長度也受加載水平影響。

對不同抗拉強(qiáng)度、試驗(yàn)溫度和表面處理試樣疲勞后，試樣力學(xué)性能的變化(由疲勞加載所引起)如表4所示。

結(jié)果討論

⑴噴丸使表面產(chǎn)生塑性變形，變形層深度大小取決于丸粒的能量、材料的應(yīng)力狀態(tài)和材料的強(qiáng)度。

當(dāng)前，各種污水處理技術(shù)的除磷原理主要是生物除磷[1]。污水中總是存在一些活性污泥，其內(nèi)部含有一些聚磷微生物，將這些微生物植物厭氧條件時(shí)，其細(xì)胞內(nèi)部的聚磷就會轉(zhuǎn)變?yōu)檎姿猁}，將其釋放到細(xì)胞外后，能夠攝取污水中比較容易降解的有機(jī)物等，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后合成聚β丁酸，并將其存儲在微生物的體內(nèi)。當(dāng)環(huán)境變?yōu)楹醚醐h(huán)境時(shí)，這些聚磷微生物就可以將游離氧與PHB結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生一些能量。這些能量能夠吸收污水中的磷，并且在細(xì)胞內(nèi)合成聚磷酸鹽。

疲勞試驗(yàn)中觀測的現(xiàn)象表明：

1)隨著抗拉強(qiáng)度的增加，表面粗糙度降低，這表示噴丸的透入深度降低。

2)殘余應(yīng)力的分布還取決于抗拉強(qiáng)度，因?yàn)殡S著抗拉強(qiáng)度的增加，表面殘余壓應(yīng)力增加，但噴丸深度減小。

3)預(yù)應(yīng)變應(yīng)力噴丸產(chǎn)生的最大殘余壓應(yīng)力是由于試樣表面的彈性預(yù)應(yīng)變減小了克服屈服強(qiáng)度所必須的應(yīng)力，使更多的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成塑性變形。

⑵一般而言，疲勞壽命可由裂紋萌生期，裂紋擴(kuò)展期和最后斷裂期來確定。

裂紋萌生期是受表面殘余應(yīng)力，表面粗糙度，材料強(qiáng)度和環(huán)境溫度影響的。

裂紋通常是在表面層內(nèi)的高應(yīng)力集中區(qū)如非金屬夾雜物和表面缺陷處出現(xiàn)的，這些材料缺陷對彎曲載荷是很敏感的。這在拋光的試樣中也同樣可以發(fā)現(xiàn)，由于表面拋光，抗拉強(qiáng)度升高，表面局部區(qū)域的應(yīng)力集中減小，因而抑制了早期裂紋的形成。預(yù)應(yīng)變使彈性屈服強(qiáng)度提高，因而推遲了裂紋的萌生。

徐浡君后期風(fēng)景油畫的代表作包括2014年1月的《K.S.T.唯博邑No.5》、2014年《K.S.T 唯博邑NO.15》、2014年4月《K.S.T.唯博邑No.18》、2014年4月《K.S.T.唯博邑No.19》、2014年9月《K.S.T.No36舊城》、2014年10月《K.S.T.No.33小紅地》、2014年11月《K.S.T.No.27城子村》、2014年11月《K.S.T. No.29 大糯黑》、2014年11月《K.S.T.No.32 大糯黑》等系列作品。

⑶噴丸處理可推遲裂紋的萌生，而預(yù)應(yīng)力噴丸對裂紋的萌生有更大的推遲作用，降低試驗(yàn)溫度具有同樣效果。

表面殘余應(yīng)力的作用如一個(gè)平均應(yīng)力一樣，從而降低了有效應(yīng)力，這種作用如降低加載水平一樣。這個(gè)作用的一個(gè)標(biāo)志是表面應(yīng)變隨著表面殘余應(yīng)力的增加，表面應(yīng)變減小。

增加抗拉強(qiáng)度，擴(kuò)大了彈性區(qū)，因此減小了表面受力的影響。降低溫度的作用與此相同，由于它增加了材料強(qiáng)度。裂紋的擴(kuò)展依賴于殘余應(yīng)力分布、材料的強(qiáng)度和試驗(yàn)溫度。噴丸處理后，最大殘余壓應(yīng)力是在表面層下出現(xiàn)的，這意味著隨著距表面深度的增加載荷降低。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到該區(qū)域時(shí)，由于殘余應(yīng)力和實(shí)際施加應(yīng)力的合應(yīng)力產(chǎn)生的裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子小于裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的門檻值，因而停止擴(kuò)展。增加殘余應(yīng)力的范圍，和同時(shí)增加最大應(yīng)力存在的深度，可更有效地推遲裂紋形成。

但是，我們不能假設(shè)殘余應(yīng)力始終為一個(gè)常數(shù)，因?yàn)闅堄鄳?yīng)力分布在疲勞加載過程下是減少的，并且其減少的程度取決于加載水平、溫度和抗拉強(qiáng)度。這個(gè)過程會影響裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子使其越過門檻值，這樣原來停止擴(kuò)展的裂紋可能會重新擴(kuò)展。

裂紋擴(kuò)展速率可通過抗拉強(qiáng)度和試驗(yàn)溫度來確定，隨著抗拉強(qiáng)度的增加或者溫度的降低可加速裂紋的擴(kuò)展，即減少裂紋的擴(kuò)展期。

當(dāng)裂紋擴(kuò)展到給定材料的臨界裂紋長度時(shí),則開始斷裂,這個(gè)臨界點(diǎn)可用斷裂韌性來表示。斷裂韌性取決于抗拉強(qiáng)度和試驗(yàn)溫度。對抗拉強(qiáng)度為1200MPa和1500MPa的試樣，裂紋的失穩(wěn)擴(kuò)展是在裂紋經(jīng)過長期的擴(kuò)展達(dá)到大約10mm時(shí)才開始。而對抗拉強(qiáng)度1800MPa的試樣，臨界裂紋長度小于等于1mm。降低溫度與提高抗拉強(qiáng)度的作用相同。

結(jié)論

⑴增加殘余壓應(yīng)力，可推遲裂紋的萌生期。

⑵殘余應(yīng)力的分布，隨著表面下深度的增加，殘余應(yīng)力增加，因而，裂紋的擴(kuò)展在低應(yīng)力區(qū)可能被推遲或停止，這種作用取決于殘余壓應(yīng)力的大小和它在表面層下的延伸范圍。由于殘余應(yīng)力是不穩(wěn)定的，并且隨著疲勞加載而減小，這將使裂紋尖端的應(yīng)力隨時(shí)間的增加而增加，即裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子增加，因此，停止擴(kuò)展的裂紋將有可能會再擴(kuò)展。