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1引言

隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、消費(fèi)水平的提高和現(xiàn)代軍事的需要，產(chǎn)品包裝已成為生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。如果沒有科學(xué)的包裝•就談不上商品的生產(chǎn)與銷售。包裝機(jī)械是為有關(guān)行業(yè)提供必要的技術(shù)裝備•以完成所要求的產(chǎn)品包裝過程。實(shí)際上•包裝機(jī)械已成為現(xiàn)代包裝工業(yè)的一 個(gè)重要支柱。在發(fā)展包裝機(jī)械科學(xué)技術(shù)的過程中.應(yīng)十分重視包裝機(jī)械制造工藝技術(shù)的研究。 然而•在包裝機(jī)械制造過程中.殘余應(yīng)力是一個(gè)十分重要、不可忽視的因素。殘余應(yīng)力會影響到包裝機(jī)械精度的穩(wěn)定性和使用壽命等。

零件制造過程中•表面層組織發(fā)生形狀變化或組織變化時(shí)•在表面層及其基體材料的交界處就會產(chǎn)生互相平衡的彈性應(yīng)力.這種應(yīng)力即表面層的殘余應(yīng)力。這種或大或小、或拉或壓的殘余應(yīng)力雖然只產(chǎn)生在很薄的表面層中但卻對產(chǎn)品的使用性能影響極大。長期的實(shí)踐證明.在包裝機(jī)械制造過程中.構(gòu)件內(nèi)部都會產(chǎn)生 殘余應(yīng)力.構(gòu)件內(nèi)部不產(chǎn)生殘余應(yīng)力的情況是很少的。殘余應(yīng)力會影響包裝機(jī)械零件的使用性能（零件的強(qiáng)度、硬度、抗腐蝕性、疲勞強(qiáng)度 等）.從而進(jìn)一步影響包裝機(jī)械產(chǎn)品的使用性能和使用壽命。所以.在制造包裝機(jī)械或零件時(shí). 對于所使用的材料來說•要保證充分發(fā)揮其理論與實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)度和抗腐蝕性.就不僅要具備適當(dāng)?shù)暮陀行У脑O(shè)計(jì)方面、工藝方面知識.而且還要考慮與殘余應(yīng)力有關(guān)的問題。

2應(yīng)力腐蝕開裂的一般特征

當(dāng)材料處于靜應(yīng)力的作用下•同時(shí)又處于 與腐蝕性介質(zhì)相接觸的狀態(tài)時(shí),這種條件往往 使用材料經(jīng)過一定時(shí)間后•就發(fā)生裂紋.并擴(kuò)展到整個(gè)斷面而破壞。這就是所謂的應(yīng)力腐蝕開裂。這種開裂是在幾個(gè)特定條件下引起的•它的特征是：

（1）      拉應(yīng)力和腐蝕必須共存.缺少任何一 方.裂紋或者不發(fā)生•或者不擴(kuò)展；

（2）       由于材料成分和組織的不同，對開裂的敏感性也就不同；

（3）       特定的腐蝕介質(zhì)可使裂紋更易于發(fā) 生。

因此在一般的環(huán)境下并不出現(xiàn)這種情況。 在應(yīng)力腐蝕開裂中.腐蝕常常是局部的和有選 擇的•開裂發(fā)生的原因多半是所謂的點(diǎn)蝕。而裂 紋的擴(kuò)展主要是沿著最大主應(yīng)力垂直的方向進(jìn) 行.在微觀上是沿著材料的晶界或穿過晶粒進(jìn) 行。

3應(yīng)力腐蝕開裂的必要條件

因?yàn)槔瓚?yīng)力和腐蝕共存是應(yīng)力腐蝕開裂的 必要條件.因此在這里就應(yīng)把殘余應(yīng)力的影響考慮進(jìn)去。若從殘余應(yīng)力的發(fā)生過程來看.雖可分為熱處理、冷加工或焊接等各種殘余應(yīng)力,但在涉及到應(yīng)力腐蝕開裂的情況下.從機(jī)能上可把殘余應(yīng)力當(dāng)作作用應(yīng)力，暫且看成與外應(yīng)力的作用相同。因此便可這樣認(rèn)為：殘余應(yīng)力作為作用應(yīng)力與其產(chǎn)生過程無關(guān)•只是它的應(yīng)力值和分布狀況才是重要的

4殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕開裂的影響

在應(yīng)力作用下的應(yīng)力腐蝕開裂實(shí)驗(yàn)如圖1所示‘氣它是把沒有殘余應(yīng)力的工業(yè)純鐵及其它鋼材的試樣在硝酸鹽溶液中進(jìn)行拉伸.拉應(yīng)力與達(dá)到破壞的時(shí)間（壽命）的關(guān)系。圖中橫坐標(biāo)是應(yīng)力.縱坐標(biāo)是壽命•并都是以對數(shù)坐標(biāo)加以表示其關(guān)系的。其應(yīng)力條件是在屈服應(yīng)力上下的塑性區(qū)和彈性區(qū)域施加拉應(yīng)力的。應(yīng)力低吋壽,V •而各種材料的關(guān)系曲線大致是平行

圖1拉應(yīng)腐蝕開裂的影響

腐蝕介質(zhì)——硝酸鹽 試樣——鋼s——屈服應(yīng)力 其破壞的時(shí)間.一般取決于裂紋的發(fā)生及其擴(kuò)展的快慢。拉應(yīng)力作用下的裂紋擴(kuò)展速度 的問題，在應(yīng)力腐蝕開裂中是很重要的。目前對此有兩種看法。其一是所謂的“一階段假說”.即腐蝕的全過程中都將因應(yīng)力而被加速.因在微小凹痕外的應(yīng)力集中形成了局部電池.從而促 進(jìn)了腐蝕。而所謂的.'二階段假說”，認(rèn)為腐蝕和裂紋尖端處的應(yīng)力集中所引起的小范圍脆性破壞是交替發(fā)生的.從而促使裂紋向前擴(kuò)展。后者的情況可認(rèn)為是裂紋本身機(jī)械業(yè)向前擴(kuò)展.而腐蝕則助長了應(yīng)力集屮。目前后者的說法得到多數(shù)人的支持。

圖2聽示為具有實(shí)際殘余應(yīng)力的試樣的實(shí)驗(yàn)⑶.它是將鋁合金試樣進(jìn)行各種處理,使之具有殘余應(yīng)力.再疊加上外部作用應(yīng)力來進(jìn)行應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。A是拉拔后再經(jīng)切削加工的試樣,B是拉拔后再進(jìn)行溫水淬火的試樣是在拉拔后的表面上面再進(jìn)行加工使其產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的試樣.A、B試樣表面的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力或者是零;C試樣則是明顯的拉應(yīng)力。 這種殘余應(yīng)力之差所造成的影響.在該應(yīng)力腐蝕開裂實(shí)驗(yàn)中,表現(xiàn)得很明顯C

作用應(yīng)力——一外加載荷所造成的彎曲應(yīng)力

腐蝕介質(zhì) 0. 5mol氯化鈉十0. （＞（i25niol /L碳酸鈉

A ——表面殘余應(yīng)力 一。.3?+（）. 3噸/英寸2

B------ 表面殘余應(yīng)力 一1.5?一（）.5噸/英寸2

C——表面殘余應(yīng)力 +9?冬（｝. 5噸/英寸£ 注：1■平方英寸=645. 16mm2

作用應(yīng)力的狀態(tài)或殘余應(yīng)力狀態(tài)，無論哪種對裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生很大的影響。在此進(jìn)而把應(yīng)力分為殘余應(yīng)力和作用應(yīng)力，再對其影響做詳盡地探討。如果應(yīng)力狀態(tài)是殘余應(yīng)力.則它在斷面內(nèi)常常是自身保持平衡。而若是外部應(yīng)力時(shí)•斷面內(nèi)的應(yīng)力是對外力保持平衡?，F(xiàn)在來探討一下裂紋擴(kuò)展時(shí)的狀態(tài)。殘余應(yīng)力在那種狀態(tài)下其分布不會發(fā)生多大的變化.但一有外應(yīng)力作用，就可看到很大的變化。這就是它對裂紋擴(kuò)展的影響。圖3即為這種狀態(tài)的示例。圖（a） 是僅有殘余應(yīng)力的情況。這時(shí)正在擴(kuò)展著的裂紋當(dāng)其尖端處的拉應(yīng)力為屈服應(yīng)力的30%左右時(shí)•裂紋就停止擴(kuò)展。圖（b）是有外應(yīng)力的情況•裂紋尖端處在外部拉應(yīng)力的作用下.將因缺口效應(yīng)而常常產(chǎn)生很大的應(yīng)力。這時(shí)裂紋的深度愈大•裂紋尖端的應(yīng)力就愈大.因此裂紋的擴(kuò) 展也沖，電加速對于裂紋擴(kuò)展來說•作用應(yīng)力的種類.也就是它的分布是非常重要的。圖4即為這種關(guān)系 的示例,它是把鋁合金經(jīng)過各種塑性拉伸、然后 從外部施加拉應(yīng)力或彎曲應(yīng)力來研究其應(yīng)力腐 蝕開裂的結(jié)果。承受彎曲應(yīng)力狀態(tài)的試樣.裂紋在其內(nèi)部擴(kuò)展時(shí).其裂紋尖端處的應(yīng)力集中程度比均勻拉伸狀態(tài)試樣要小。因此這時(shí)對應(yīng)力腐蝕"'‘是不敏感用.實(shí)際情況幾乎都是在有殘余應(yīng)力的狀態(tài)下.再加上外應(yīng)力的情況-這時(shí)的殘余應(yīng)力還冇另外的重要意義。這就是殘余應(yīng)力有符號、大 小、分布的區(qū)別.當(dāng)其與外應(yīng)力疊加時(shí).有可能成為適宜于應(yīng)力腐蝕開裂的狀態(tài)，也可能是相反的狀態(tài),就殘余應(yīng)力的效用而言.如果與腐蝕 介成和接觸的部位.在的是壓縮殘余應(yīng)力.對應(yīng)力腐蝕開裂的防止是有效的。

5防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施

在實(shí)際上作為防止應(yīng)方腐蝕開裂的現(xiàn)場措施•值得推薦的辦法是去而壓延、噴丸、或敏化 等.因?yàn)樗墒贡砻娈a(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力，特別是噴丸處理。噴丸這種方法是利用大量快速逐動的球丸打擊已加工完畢的零件表面•使表血產(chǎn)生:硬層和表面殘余壓應(yīng)力。這時(shí)古層金屈的結(jié)晶顆粒的形狀和方向也得到改變.從而有利于抵抗塑性變形和破壞。

所Hj的珠丸是毎鐵的或者是切成短段的鋼絲,其尺寸 為0. .| -2mm.對小零件或表而粗小度要求較 高的零件叩較細(xì)小的珠丸頊佚珠1UIJA T變 小較快•不一定合適.一般情況下宜J fj鋼珠丸: 當(dāng)零件是鋁制品時(shí).為了避免噴丸加工后在去面殘留鐵質(zhì)微粒而引起電解腐蝕.應(yīng)便用鋁丸或玻璃丸。最常用的設(shè)備是壓縮空氣噴丸裝H 和機(jī)械離心式噴丸裝置.這些裝置使珠丸疏以 約35?50m厶的速度噴出。對于在腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中工作的零（T-.特 別是淬過火而在腐蝕性環(huán)境中工作的零件來 說.噴丸加工的效果就更為顯著如表所示。

6主要結(jié)論

表面層的應(yīng)力狀態(tài)對零件的耐腐蝕性影響很大O若零件表而層存在殘余壓應(yīng)力.則有助于表而層微小裂紋的封閉.阻礙腐蝕作用的擴(kuò)展. 可降低表面層對應(yīng)力腐蝕作用的敝感性.從而提高了表面的抗腐蝕能力：當(dāng)零件表面層是殘余拉成力時(shí)•有利于腐蝕作用的并展.從而降低了表面的抗腐蝕能力.影響到包裝機(jī)械的使用壽命。

 

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