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噴丸強化中的殘余應(yīng)力檢測

冷加工引起的塑性變形會導(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）取決于加工過程的程度和類型。

噴丸強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行噴丸處理。該過程會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。噴丸強化是類似于表面滾壓的過程，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)力可提高對疲勞失效和應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC) 的抵抗力，從而延長零件的使用壽命。

對鋼、鋁合金、鈦合金、鎳基合金和一些陶瓷來說很容易進行噴丸強化處理。而對于需要高循環(huán)疲勞和強度的零件，如彈簧、齒輪、凸輪軸、曲軸和渦輪葉片來說，噴丸強化是生產(chǎn)中關(guān)鍵的一步。

噴丸強化過程中的應(yīng)力形成

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

噴丸強化在許多行業(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。該工藝通過在表面和次表面下產(chǎn)生更高的殘余壓應(yīng)力來提高髖關(guān)節(jié)的耐用性，后處理圖顯示目標已實現(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監(jiān)測法可以無損地分離已噴丸和未噴丸零件。在相對較軟的鋼結(jié)構(gòu)件中，巴克豪森噪聲信號水平會持續(xù)增加，在硬質(zhì)馬氏體（滲碳或表面硬化）材料中，巴克豪森噪聲信號水平會降低。

巴克豪森噪聲法可量化下次表面應(yīng)力而無需去除表層。但是，巴克豪森噪聲法分析儀需要一個標定研究來生成MPa值，巴克豪森噪聲法對噴丸零件的評估是無損且快速的。

噴丸強化會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)生和擴展。

Schulze教授在他的論文中將影響噴丸強化處理結(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]

下面是噴丸強化應(yīng)力的另一個例子。 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)合的檢測技術(shù)。

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

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

該圖顯示了噴丸強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)）進行測量，然后使用 ESPI/鉆孔技術(shù)（ESPI B1、B2、B3）連續(xù)3次測量以驗證結(jié)果的可靠性和一致性。

綜上所述，可以說噴丸強化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是相當(dāng)有益的。但是，需要通過深度分析來確認應(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。