Forschung zur Wirkung des Stahlkugelstrahlens auf die Oberflächenintegrität

Dec 19, 2022

ist aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner hohen Korrosionsbeständigkeit in der Luft- und Raumfahrt weit verbreitet. Teileversagen aufgrund von Korrosion, Verschleiß und Ermüdung geht normalerweise von der Materialoberfläche aus, daher ist es notwendig, geeignete Techniken zur Oberflächenvorbereitung anzuwenden. Kugelstrahlen kann Veränderungen in der Mikrostruktur der Materialoberfläche verursachen, wodurch die Oberflächeneigenschaften von Teilen effektiv verbessert werden können.

Während des Kugelstrahlprozesses trifft eine große Anzahl von Projektilen auf die Oberfläche des Teils und verursacht die Entwicklung der Mikrostruktur, einschließlich der Erhöhung des Oberflächenrauheitswerts, der Erhöhung der Versetzungsdichte, der Kornverfeinerung, der Erhöhung der Eigenspannung, der Erhöhung der Mikrohärte usw., die die Oberfläche des Teils fiktiv beeinflussen. Leistung. Geeignete Kugelstrahlparameter können eine Kornverfeinerung, eine Erhöhung der Versetzungsdichte und eine Druckeigenspannung auf der Oberfläche des Materials bewirken, was vorteilhaft ist, um die Ermüdungsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Materials zu verbessern. Durch den wiederholten Aufprall der Projektile, die Bewegung von Zwillingen und Versetzungen und deren Wechselwirkungen kommt es zu Kornfeinung und Kaltverfestigung, wodurch die Rissbildung unterdrückt werden kann. Andererseits kann das Vorhandensein eines Eigenspannungsfeldes die Ausbreitung von Ermüdungsrissen hemmen, wodurch die Ermüdungsfestigkeit von Materialien stark verbessert wird. Karimbaev et al. wiesen darauf hin, dass die Oberfläche der Probe, die mit der Ultraschall-Nano-Oberflächenmodifikationstechnologie behandelt wurde, eine kleinere Korngröße, eine größere Druckeigenspannung und eine höhere Ermüdungsbeständigkeit aufweist. Ähnliche Schlussfolgerungen wurden auch von Salvati et al. Während des Ermüdungsprozesses ist die Stabilität der Eigenspannung entscheidend. Gan Jinet al. wies darauf hin, dass die Stabilität der Eigenspannung unter zyklischer Belastung von der maximalen Druckeigenspannung und der Tiefe der Druckeigenspannungsschicht abhängt. Durch Kornverfeinerung und Kaltverfestigung wird die Härte der Oberflächenschicht des Materials wirksam verbessert, und gleichzeitig kann die Verschleißfestigkeit des Materials verbessert werden. Chamgordani et al. wiesen darauf hin, dass die mechanische Oberflächenschleifbehandlung die Oberflächenhärte des Materials verbessern, den Reibungsfaktor wirksam verringern und die Verschleißrate verringern kann. Yin Meiguiet al. wiesen darauf hin, dass die Stoßverschleißfestigkeit von TC4-Titanlegierungsproben nach dem Laserkugelstrahlen erheblich verbessert wurde. Die gleiche Regel zeigt sich auch bei der Magnesiumlegierung AZ31 nach dem Ultraschall-Kugelstrahlen. Es ist erwähnenswert, dass die verfeinerten Körner eine große Anzahl von Korngrenzen bereitstellen, die zu aktiven Stellen für die Bildung eines passiven Films werden und die Korrosionsbeständigkeit des Materials verbessern. Die Materialien nach Laserkugelstrahlen, Ultraschallkugelstrahlen und mechanischem Oberflächenschleifen zeigten alle eine geringere Korrosionsstromdichte. Bei ungeeigneten Kugelstrahlparametern wirken sich auch ein zu hoher Rauheitswert und zu viele Risse an der Oberfläche des Materials negativ auf die Materialeigenschaften aus. Bei höheren Dehnungsamplituden sind die Oberflächenrauheit und Mikrorisse die Hauptfaktoren, die die Ermüdungslebensdauer von Materialien beeinflussen. Zu hohe Oberflächenrauheitswerte verringern auch die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit des Materials. Silvaet al. wiesen darauf hin, dass die durch das Kugelstrahlen verursachte große raue Oberfläche des Materials die Verschleißfestigkeit des Materials verringert, und nachdem die raue Oberfläche richtig entfernt wurde, kann die Verschleißfestigkeit des Materials verbessert werden. Peralet al. wies auch darauf hin, dass die Oberflächenrauhigkeit die Korrosionsbeständigkeit des Materials beeinflussen kann und die Korrosionsrate der kugelgestrahlten Oberfläche nach dem Elektropolieren stark reduziert wird. Es ist ersichtlich, dass die durch das Kugelstrahlen verursachte Entwicklung der Mikrostruktur des Oberflächenmaterials einen sehr wichtigen Einfluss auf die Eigenschaften des Materials hatAluminiumlegierungsblöcke 2024 T352.



Obwohl die jeweiligen allgemeinen Gesetze der Kugelstrahltechniken festgelegt wurden, gibt es keinen effektiven Vergleich der Auswirkungen verschiedener Kugelstrahlverfahren auf die Oberflächenmikrostruktur von Materialien bei gleicher Kugelstrahlintensität. Um die Wirkung des Kugelstrahlverfahrens auf das Oberflächenmaterial bei gleicher Kugelstrahlintensität weiter zu verdeutlichen, hat der Autor daher dieAluminiumlegierungsblöcke 2024 T352als Forschungsobjekt unter der Kugelstrahlintensität des Armin-Teststücks vom Typ A mit einer Nennbogenhöhe von 0,15 mm, um die Auswirkungen des Ultraschallkugelstrahlens und des pneumatischen Kugelstrahlens auf die Oberflächenmorphologie, Mikrostruktur, Restspannung und zu bewerten Mikrohärte von Materialien.