滚压强化概述

滚压强化概述

0前言

表面强化技术是近年来国内外广泛研究应用的工艺之一，其方法主要有喷丸、滚压和孔挤压等工艺。金属材料的破坏往往从表面开始，零件(如内燃机曲轴，汽车的板簧等)工作时承受长期的循环载荷，零件的表面就会产生疲劳裂纹，时间一长裂纹就不断扩展，最终导致零件的疲劳失效。因此，人们就希望采取措施以提高零件的表面性能，表面滚压强化技术就是其中的一种方法。该方法是通过机械手段对金属表面加压，使金属表面产生加工硬化以提高零件的性能、质量和使用寿命。

表面滚压强化技术具有很多优点：滚压强化只是改变了材料的物理状态，并未改变材料的化学成分；表面滚压采用的工具和工艺比较简单，加工效率高；滚压强化是一种无切削加工工艺，在加工过程中不会产生废屑、废液，对环境的污染少，符合“绿色制造”的发展理念。该技术在工业中得到了广泛的应用，产生了巨大的经济效益。

1滚压强化的发展状况

滚压强化技术是1929年由德国人提出的，1933年在美国铁路上开始应用滚压方法，1938年前苏联应用于机车车轴轴颈。1950年美国、前苏联在军用、民用飞机上大量应用孔挤压技术，如提高干涉配合铆接、干涉配合螺接；1970年国内航空部门开始将冷挤压工艺应用到飞机制造及维修中。我国是在60年代开始广泛深入的研究滚压加工方法的，并在70年代提出了冲击滚压技术，随后又出现了超声波滚压技术。近年来，表面滚压技术的发展越来越快，应用范围越来越广，其社会和经济效益也日益显著[1]。

2 滚压强化的作用机理

（1）微观组织机理：经过切削加工之后，金属的表面都残留有刀具的切削痕迹，在微观下观察可以看见金属的表面呈现出凹凸不平之状。滚压加工是一种压力光整加工，在滚刀的作用下金属表面会发生强烈的塑性变形。根据工程材料的相关理论，金属发生塑性变形的基本方式是滑移，即晶体沿某一晶面和晶向相对于另一部分发生相对滑移。在外力的作用下，晶体不断的滑移，晶粒在变形过程中逐步由软取向转动到硬取向，晶粒之间互相约束，阻碍晶粒的变形。由于工业所用金属多为多晶体，故金属能承受较大的塑性变形而不会被破坏。金属内部晶粒的不断滑移会使得晶粒的位错密度增加、晶格发生畸变，符号相反的位错相互抵消，符号相同的位错则重新排列行成更加微小的亚晶粒。晶粒越细小，位错密度越高，产生的变形分散就更多，因而不易产生局部的应力集中，使得滚压后的金属材料的屈服强度和疲劳性能得到显著的提高。

（2）表面质量机理：金属表面质量的好坏常用表面粗糙度来衡量，表面粗糙是造成应力集中的主要因素之一，粗糙的表面易形成尖端切口，造成应力集中，而疲劳源则往往出现在应力集中处，在交变应力的作用下，应力集中促使疲劳裂纹的形成和扩展。表面越粗糙、尖端切口越尖锐，应力集中就越严重。滚压强化就是利用滚轮对工件表面的滚压作用，使工件表层金属产生塑性流动，填入到原始

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