金属疲劳

制造工艺——对疲劳寿命的影响

众所周知，制造工艺对零件的金属疲劳特性具有显著影响。这些影响可能是有害的，也可能是有益的，如下所示：

磨削、机械加工和焊接都可能使零件表面处于拉应力状态，为金属疲劳裂纹提供“温床”。淬硬、电镀和 EDM 会在表面形成坚硬但脆性的层，而 ECM 则可能损伤或削弱表面晶界。

从有益的一面来看，上述所有工艺都通过引入压应力来提高金属疲劳寿命。喷丸是列表中最通用的工艺，因为它在种类最广的材料和零件结构中都能产生最高幅值的 压应力。

下图给出了不同磨削类型的“S-N”（应力-循环次数）疲劳断裂曲线。基线曲线为“轻度磨削”试样，对应的金属疲劳强度为 60 ksi（415 MPa）。较低的“重度磨削”曲线代表较高切削速度所产生的状态，此时会产生大量表面拉应力，即金属疲劳裂纹的根源。如图所示，金属疲劳强度下降到 45 ksi（310 MPa）。最后一条曲线表示“重度磨削后再喷丸”试样的疲劳强度。如图所示，这些试样的疲劳强度远高于基线“轻度磨削”，达到 80 ksi（550 MPa）以上。喷丸产生的压应力克服了重度磨削所引入的拉应力。

喷丸强化的优势

• 喷丸强化 可在保持零件疲劳强度不变的情况下，提高10-30%的加载应力。
• 如果保持现有应力水平，喷丸强化可将任何零件的疲劳寿命延长3到10倍。
• 通过提供一致的表面压应力，通常可以减少因多道制造工序造成的疲劳寿命分散性。

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喷丸处理