机械加工强化机理与工艺技术研究进展李勇

李勇

广东河源517000

摘要：随着我国科技水平的进步，机械化的进程也逐步加快，带来了机械行业的空前发展。机械加工作为机械行业的一项重要环节必须紧跟机械行业制造技术的步伐，因此就机械加工机理和机械强化的工艺进行研究分析十分有必要，这样可以为日后的就业提供一定的指导和帮助。

关键词：机械加工；机理工艺

随着科技的不断发展，各个行业的发展都离不开行业内技术的开发，机械作为工业领域的重要组成部分自然需要更加重视技术的发展与应用。在机械行业中，机械材料的耐用度、强度、耐腐蚀度等因素都在一定程度上影响着机械零部件的使用期限和性能，因此如果想从根本上提高机械的性能，延长其使用寿命就应该专注于机械材料的研究，减少材料的损失。在当今时代，我国主要采用塑料变形热处理或者合金化的手段改变材料的状态以及对材料进行强化，这样可以大大降低机械材料变形的可能性。机械材料的变形和塑料的变形有异曲同工之妙，因此如果想提高机械材料的抗变形能力就必须着重针对金属的强化进行处理并在最大程度上抑制疲劳裂纹的扩展。笔者将针对机械加工强化中存在的问题以及其工艺进行探究。

1机械加工强化的机理分析

从微观的角度出发，材料当中原子问的结合力越紧密，则材料的强度越高，所以材料的塑性变形可以通过滑移来完成并且可以通过对滑移受力进行计算从而计算出临界盈利。但是，材料的实际强度要远弱于临界应力所计算出的实际强度，从而根据实际计算效果而得出晶体位错理论。这种理论的主要内容以材料当中的晶体位错为前提，从而利用位错的运动来实现塑性变形，但是其设计道德范围仅仅是几列原子。在实际生产的过程中，通常是增大材料当中晶体的错位密度，从而设置出障碍阻挡晶体的移动，造成位错源活动，并且在实际生产过程中需要根据材料的实际种类以及强化机制，强化机制可以分为固溶强化、辐照强化、择优取向强化、第二相强化等等，从而根据加工设备以及加工方法对不同材料进行滚压工艺、轧制工艺、磨削强化工艺以及激光冲击强化工艺。

1.1错位强化

金属材料的最有效强化方式之一是错位强化。在进行塑性变形时，错位强化的错位运动比较复杂。它通过晶体之间的相互缠绕与相互作用，一定程度上增加了金属材料的错位密度，从而进一步增加错位运动的困难，也增加了材料的强度和硬度。

针对错位强化，人们进行过较为深入的研究，并建立了仿真模型，但是它不能对金属强度中的错位行动进行定性描述。经过不断研究，人们发现错位强化受到温度的影响。受高温影响，错位强化会由于形成错位交截的作用而逐渐变弱，自然其错位运动受到的阻力也会同时减少。机械强化作为机械加工的重要组成部分，要求避免金属材料因为在高温下工作而导致其强度下降。所以，要对材料强化后的工作温度给予足够重视。

1.2晶界强化

错位强化机械加工应用的十分广泛，而在材料进行错位强化运动时，往往会受到晶粒中晶界的阻碍，即在材料进行变形的过程中，其错位运动会形成一定的阻力，且错位源由晶界组成时，会导致材料的密度持续增大，进而提升材料的强度和硬度。

所谓的晶界强化，简单来讲就是向钢中加入适当的表面活性元素，提升钢的蠕变极限，也能让钢的持久性更强。晶界强化可以简单分为直接作用和间接作用两个方面。一是晶界直接起作用，即晶体本身的位错塞积对润滑带起到阻碍作用；二是晶界处不相容性质间接起作用，即为了集中晶界影响区的高应力，需要增加晶界的强化作用。从上文知道，晶界强化能在一定程度上提高机械材料的强度，但必须意识，它存在着塑性应变不相容的现象，会导致材料因为疲劳过早而失效。所以，要从多个方面考虑选择应用这一类材料。

1.3应变强化

应变强化也就是所谓的加工硬化，即金属材料在拉伸压缩过程中，因为屈服而使抵抗变形能力得到增强，并在历经滑移后使材料出现抵抗变形的功能，所以称其为应变硬化。随着金属材料应变性能的改变，其会产生不尽相同的硬化机制。

针对单晶体，它的硬化有三个主要阶段。一是易滑移阶段。这个阶段加工硬化的速度比较慢，且晶体的结构对其影响特别大。二是线性硬化阶段。这一阶段，加工硬化的速度与之前相比会有较为明显的提升，而且会产生一定线性关系与其相应的应变量，但其对金属的种类等并不敏感。三是动态恢复阶段。这一阶段，加工硬化速度有所下降，且因变形、温度等方面影响的变化比较明显。与第二阶段相比，这一阶段应变过程中的动态恢复性有所减小。

1.4择优取向强化

每个晶粒的取向都和其他晶粒的取向不尽相同。针对不同情况，构成晶体的晶粒会有不同的取向排列，这也就是所谓的择优取向结构。我们往往会使金属材料利用晶粒的择优取向特点使材料的强度能有所增强。在金属冷却后呈现的晶粒择优取向是所谓的形变织构，并且形变织构的强化对金属材料的组织趋于均衡有一定程度的影响。此外，合金的不同成分、结构会影响形变织构的强化程度。

2机械加工的相关强化工艺

2.1喷丸强化

喷丸强化需要相关人员进行控制，通过向材料表面喷射多量的弹丸，使材料表面的晶粒逐渐细化甚至塑性出现变形，以达到所需要的理想组织结构。这种情况下，剩余应力会不断进行强化，进而材料的强度、使用寿命都将得到提高。

目前，在机械加工工艺中，应用最为广泛的当属喷丸强化。它具有加工效率相对较高、操作相对简单、生产所需本钱少以及能使相关材料的表面硬度、使用寿命都有所增加的良好特性。在实际加工生产中，适当应用喷丸工艺能使材料的抵抗腐蚀能力增加。所以，它极为适合应用到应力腐蚀下对材料进行使用和加工零件中。

2.2激光冲击强化

激光冲击强化是一种基于喷丸强化的新工艺形式。但是，相较之下，它具备不同的设备和较为特殊的加工工艺，所以最终被定义为另外一种材料加工工艺。工作原理可以简单理解为：通过较大功率的密度和脉冲较短的强激光，对材料的约束层进行穿透性刺激，进而使材料能在其表面上吸收大量激光，然后其表面的能量进一步汽化，并经过汽化所产生的大量蒸汽持续吸收激光内部所存在的能量，最终成为离子体并引起一定程度上的爆炸，自然其产生的爆炸物会被限制在约束层及材料表面之中。这种情况的持续便导致其内部压力持续增高，不可避免地产生向材料内部扩散的强应力波。而当其产生的压力达到一定程度后，便会使材料形成较为明显的塑性变形。

基于激光冲击强化的基本作用原理，它能使零件的表层组织内部的密度飞速增加，也就会使零件表层的晶粒持续细化，故而持续增强材料强度，且能在一定程度上提高材料的表面硬度和流变强度。这种加工工艺会受到材料的组织机构甚至冲击方式等方面影响。这里，材料的激光功率密度具备最明显的强化效果，进而在投人实际生产时，往往要根据激光诱导、冲击波压力对激光功率的密度进行管理控制。

2.3滚压强化

滚压强化是对材料表面进行一定程度的滚压，然后产生一些压力，进而使材料发生弹塑性变形，从而改变材料内部的金属组织结构、物理特性、长短比例以及机械性质等。

在材料进行滚压强化时，能为材料的强度进行强化。实际生产情况时，需要对材料表面进行处理时，完全可以用滚压强化进行代替，且滚压强化会在一定程度上促进材料的精加工工序良好进行。但是，进行时，滚压强化工艺的滚压力大于一定屈服点时，会使材料形成塑性变形。此时，即便使滚压工具离开，弹性变形也将因为受到表层塑性变形的影响而难以恢复。所以，往往无法使材料的强度得到强化。

3结语

材料强化工艺随着社会科技的发展越来越多地被投入到应用中，其在工业领域所占的地位也越来越重要，且其能保障相关材料强度、抗腐蚀性能、耐热性质等。发展机械加工强化机理以及工艺技术，能保证我国的工业更稳定发展。所以，适当加强对其的科学力度，使其更好地分展十分必要。

参考文献

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[2]杨豪虎.机械加工强化机理与工艺技术分析[J].时代农机，2016，（07）：6-7

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