小载荷强化对汽车零件表面硬度的影响

小载荷强化对汽车零件表面硬度的影响【摘要】本文主要使用了两种汽车零件作为对比，这两种零件分别未经过表面工艺强化的低强度汽车前桥与经过表面工艺强化的高强度汽车变速箱齿轮，使用这两种不同的汽车零件进行对比可以发现，汽车零件在经过疲劳临界点过后，对其使用小载荷的强化，可以让汽车零件表面硬度发生变化，本主要是对汽车零件表面硬度变化的规律进行分析和探讨，发现其中还没有发现的问题。。【关键词】小载荷强化、汽车零件、表面硬度的影响前言一个金属材料随时间的推移而损坏，其损坏的过程通常都是从金属材料的表面开始，在金属材料疲劳损伤与疲劳的过程的时候，观察金属当中塑性变化的发展，在观察过后我们可以发现，微观塑性变形抗力是金属表面硬度的指标。材料硬度能够很好的体现出抵抗塑性变形的效果，不仅如此，还可以很好的展现出材料在疲劳过程当中的形态，因此，材料在疲劳过程当中的状态与硬度有着一定的联系。在一些相关的资料当中，有材料表面硬度在疲劳过程当中的评价指标，但是没有包含小载荷强化的因素。汽车一般所承载的载荷有百分之八十小于材料表面的疲劳极限，在传统的疲劳理念当中，通常都是把极限疲劳以下的小载荷强化当作两种类型来进行处理，分别是有损伤和无损伤。经过长时间的疲劳试验来看，在材料表面产生裂纹之前，在材料表面部分地方使用小载荷具有一定的强化作用，如果忽视了小载荷的强化能力，会让材料表面的疲劳损伤太过于保守。人们如果要通过要从材料表面的硬度来估计材料疲劳损伤以及余下的硬度和寿命的时间，不仅要研究材料在疲劳过程当中便面硬度的变化，还要对疲劳极限下的小载荷强化对材料的影响进行研究。一、小载荷强化理念在工程生产当中，大多数的零件都是在变载荷的情况进行工作的，变载荷工作情况下所造成的疲劳损伤是不同频率的，让极限疲劳下的受损量逐渐积累成为后期的受损点，因此，载荷问题是零件使用的关键要素，具有很高的研究价值。汽车零件当中只有几种受损模型，这几种受损模型在使用的时候通常都没有考虑到小载荷强化的影响，只是单单考虑到通常载荷的损伤值，而把疲劳寿命估算的不准确归咎于载荷次序。很多人都知道，汽车在运转的时候会对汽车零件进行磨损，但是在这磨损的同时有一定的强化效果，特别是汽车零件处于疲劳极限与疲劳临界点时，运转载荷的强化效果将会大大增强，当载荷强度与云状强度相吻合的时候，强化载荷甚至会超过汽车运转载荷。由此我们可以看到，汽车运转时的小载荷强化时刻都在让汽车零件发生变化，甚至可以说，小载荷强化可以全面提升汽车零件的使用寿命与效果。二分析试验结果（一）汽车前桥在对汽车前桥进行小载荷试验的时候，分别选择S与n作为小载荷强化的高低点，当汽车前桥在经过三十万次小载荷试验过后，会出现两种结果，一种是直接被压断，另一种是前桥表面被有效强化。如下面表格所示：序号试验形式强化载荷/MPa疲劳寿命/次012S-n曲线低点150297/118013S-n曲线高点210177/200054强化三十万次后验证176/180399/170055强化三十万次后验证176/180650/230026强化三十万次后静压断128—027强化三十万次后静压断128—表格当中所述数据是经过作者长时间的试验而得到的，我们可以很好的看到026与027号试验前桥在经过三十万次的小载荷强化后被压断，所呈现的载荷为128Mpa，因此，我们可以断点小载荷强化对汽车前桥的强化临界点为30万次，简单来说强化次数只能在三十万次以内。平面四点弯曲试验当中的中性层在表面疲劳试验当中其应力为0，因此，中性层可以当做未经过强化与受损材料的原本硬度。在检测前桥表面硬度的时候，不同的钢材的应力层也不一样，通常是取材料表面四点当中平均值作为表面硬度。不同材料的前桥试件试验结果在以下表格中：序号试验形式中性层受拉面受压面012S-n曲线低点768090013S-n曲线高点798580054强化三十万次后验证777879055强化三十万次后验证808378026强化三十万次后静压断8690—027强化三十万次后静压断7788—从表格2中我们可以看到，012号试验品前桥在小载荷强化之后断裂，其材料受拉面在断裂过后提高了2.8％，即2HRB，但是受压面的硬度却没有什么太大的变化.我们再来看018号实验前桥，在多次符合载荷强化过后被压断，其受拉表面所承受的压力相对较大，数值达到了5HRB，受压比率提高了5.2％。虽然在这项实验当中，材料表面受压硬度有所加大，但是所加大的幅度还是比不上受拉面。其中054号与055号实验前桥，在经过30万次的大载荷强化过后，受拉面与受压面的数值有了显著的提高，提高幅度超过未经过强化的012号实验前桥。受拉面的强度提高了4.5%，受压面强度提高了3.1%。其中026号与027号实验前桥在经过30万次的静压断作业过后，所提升的幅度是这几个实验前桥当中提升最大的，两个实验前桥均分别提高了9HRB和10BHRB，表面的硬度也是有质的飞跃。经过多次实验表面，对未强化过的汽车零件，使用疲劳的载荷越大，表面硬度受到的提升就越多，相反，对经过强化的汽车零件使用高疲劳载荷，也可以得到很好的提升。（二）变速箱齿轮这次试验当中变速箱齿轮的材质为通用汽车刚才，符合汽车生产行业的标准，其硬度是一般刚才的几倍，在加上表面进过碳氮工艺强化，让齿轮的硬度上升到HRC55至66之间。测量的结果为下图所述：试验形式载荷/mpa循环次数静强度/map平均硬度/hv标准差原始8758591922过载4336*11827134301.3*13860124291.8*11.2855334072.3*12.8982216强化2601.07*122654844132602.0*19296393282603.0*183022870362604.0*16350083722静压强230781620210081729当齿轮在经过小载荷强化试验过后，表面并没有什么明显的变化，但是经过相关仪器测量后，我们可以清楚的看到，齿轮表面的硬度有了明显的下降，但是让齿轮表面的强化工艺有了质的飞跃，从而让齿轮在变速箱当中运转更加高效。经过实验后发现，对齿轮无论是使用哪种手段，齿轮的显微硬度都呈现的是下降趋势。当实验齿轮在进行过载的时候，齿轮不同的疲劳寿命，让表面的硬度值都有所不一样。在表三当中过载了18万次的实验齿轮，让表面硬度离散可能是由与显微硬度偏高造成的。经过长时间的实验我们可以看到，实验齿轮的表面硬度随着实验次数的增加而降低，但是当强化次数变多时，齿轮表面的显微硬度又随之上升，出现这种现象可能是由于实验齿轮自身的硬度较高，再加上载荷强化的次数过多，让表面在过渡疲劳过后又有所回升，但是以上结论都是作者的猜想，还是需要对其仔细的探讨与研究。上图是实验齿轮在最佳载荷下，不同的强化次数与剩余静强度的曲线变化图。在这张曲线图中我们可以看到，在对实验齿轮进行最佳载荷的强化之后，单个齿轮的强度得到了提升，当强化到了30万次的时候，齿轮的剩余静强度达到了嘴理念状态，但是在加入强化的次数，齿轮剩余静强度则显示的是下降趋势。因此，这幅曲线图验证了齿轮在经过小载荷的强化过后，齿轮表面硬度会有所加强。在变速箱齿轮的实验当中，表面经过强化的齿轮，无论是小载荷强化还是疲劳损伤，齿轮表面的显微硬度都是呈现下降的趋势，显微硬度下降的越多，齿轮的表面硬度就越大。三分析表面硬度变化原因对不同材质、不同加工工艺、不同结构的汽车零件使用小载荷强化，其结果都会有所不同，有些零件表面的硬度会下降；有一些的强化效果会加强。汽车零件材料的表面硬度与强化效果是评价汽车零件的基础要素，要想探讨其中的奥秘还需要从汽车零件的本子切入。根据作者的试验数据来看，小载荷强化力度与时间都不能对所有汽车零件通用，应该制定与汽车零件相吻合的小载荷强化方案。从全文的数据表格可以清晰的看出汽车前桥与变速箱齿轮之间的强化差异，这种数据上的差异就很好的诠释了小载荷强化的独特性。制作变速箱当中的齿轮需要高硬度的钢材，在加上表面强化处理技术，可以让齿轮的表面硬度得到质的飞越。小载荷强化可以让汽车零件的综合性能有所强化，其主要的表现为零件表面的微观强度与硬度大幅度下降，表面塑性能力得到了提升，因此，小载荷强化可以延迟汽车零件某一部分的使用时间。四最后结论纵观全文来看，对不同的汽车零件使用小载荷强化的效果也是不同的，对未经过表面工艺处理的汽车前桥使用小载荷强化可以让其内部粒子结构重构，从而让汽车前桥变得更加可靠和牢固，不仅让其质量有所提高，还让汽车前桥表面的硬度有所提升；对表面经过工艺处理的变数箱齿轮进行小载荷强化时，可以让齿轮表面的硬度下降，但是可以让表面工艺处理的效果得以强化，从而提高齿轮的使用时间与效果。因此，小载荷强化与疲劳受损有着一样的功效，都可以改变汽车零件的表面状况，有可能是硬度的变化也有可以能是强化效果增加，同时也会出现零件破损的状况。【参考文献】[1]卢曦,郑松林.小载荷强化对汽车零件表面硬度的影响[J].农业机械学报,2013。[2]蔡鹏,张涛,谢驰,程玉华.超声波应用于零件表面硬度检测的研究[J].机械设计与制造,2012。[3]卢曦,郑松林.考虑小载荷强化的汽车构件疲劳累积损伤试验研究[J].中国机械工程,2011。[4]卢曦,郑松林.疲劳极限以下小载荷的强化和损伤试验[J].上海理工大学学报,2012。[5]朱顺鹏,黄洪钟,谢里阳.考虑小载荷强化的模糊疲劳寿命预测理论[J].航空学报,2013。[6]陈守介.汽车零件热处理的选择与分析[J].汽车科技,2010。[7]付井忠.汽车零件磨损修复技术的应用研究[D].北方工业大学,2011。[8]史连友.汽车零件的表面强化与残余应力[J].汽车技术,2011。