電磁脈沖磁處理降低鐵磁性工件殘余應(yīng)力機(jī)理及方法研究.pdf

1、傳統(tǒng)時效技術(shù)降低工件殘余應(yīng)力技術(shù)成熟，但是存在很大的局限性。近30年來，磁處理技術(shù)得到了迅速發(fā)展。清華大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、武漢理工大學(xué)等高校在磁處理技術(shù)的研究中取得了一定進(jìn)展，通過理論方式提出了磁處理降低殘余應(yīng)力的方法，取得了許多成果，但由于缺乏足夠的理論與實踐的支撐，未能合理解釋磁處理降低殘余應(yīng)力機(jī)理以及磁處理技術(shù)在生產(chǎn)過程中各項工藝參數(shù)的確定。本文以鐵磁性工件為研究對象，對電磁脈沖磁處理降低殘余應(yīng)力的機(jī)理及方法進(jìn)行研究。主要完成了以

2、下研究工作：
　　1．分析殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及分類，指出殘余應(yīng)力的危害及降低殘余應(yīng)力的意義；評述了傳統(tǒng)降低殘余應(yīng)力技術(shù)及殘余應(yīng)力測量方法；分析了電磁脈沖磁處理改善材料物理性能及提高刀具使用壽命的國內(nèi)外現(xiàn)狀；最后，提出了中頻電磁脈沖磁處理降低殘余應(yīng)力的新方法。
　　2.電磁脈沖磁處理降低殘余應(yīng)力的機(jī)理研究。從兩種不同的微觀角度分析了電磁脈沖磁處理降低殘余應(yīng)力的機(jī)理。首先，基于塑性細(xì)觀力學(xué)，通過分析晶體位錯與殘余應(yīng)力關(guān)系，得出晶

3、體產(chǎn)生位錯的外界條件；研究電磁脈沖激勵對晶體位錯移動的影響，解釋了電磁脈沖降低殘余應(yīng)力與工件幾何尺寸穩(wěn)定性的內(nèi)在聯(lián)系。其次，基于磁疇磁壁動力學(xué)分析，研究磁場作用下疇壁位移磁化及疇壁轉(zhuǎn)動磁化對殘余應(yīng)力的影響；對磁化過程中磁疇能量變化以及疇壁位移對應(yīng)力變化規(guī)律進(jìn)行了分析研究。
　　3.電磁脈沖降低殘余應(yīng)力的方法研究。通過分析殘余應(yīng)力與磁場方向的關(guān)系，得到磁處理方向垂直于最大主應(yīng)力方向時降低殘余應(yīng)力效果較好的結(jié)論；通過有限元的方法對殘余

4、應(yīng)力及磁場強(qiáng)度進(jìn)行了仿真計算；為了研究磁場強(qiáng)度與殘余應(yīng)力的關(guān)系，在能量消耗相同的情況下，使用不同磁場強(qiáng)度對工件進(jìn)行磁處理效果的對比試驗；最后，通過正交試驗得到了降低殘余應(yīng)力的關(guān)鍵因素為：磁場強(qiáng)度、磁處理時間、磁場頻率、殘余應(yīng)力方向與磁場方向的關(guān)系。
　　4.電磁脈沖磁處理降低殘余應(yīng)力裝置的研究。分析了電磁脈沖磁處理裝置的技術(shù)方案與各項性能指標(biāo)；設(shè)計并制作了軸向磁處理裝置與縱向磁處理裝置、電源系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。
　　5.電磁脈沖

5、磁處理降低殘余應(yīng)力的試驗研究。首先，用Q275標(biāo)準(zhǔn)拉伸試件驗證了自制的中頻電磁脈沖磁處理裝置降低殘余應(yīng)力的效果；分析了電磁脈沖磁處理對拉伸試件金相組織、位錯結(jié)構(gòu)、金屬微觀形貌的影響；其次，為比較低頻、中頻磁處理效果的差異，進(jìn)行了低頻、中頻磁處理穩(wěn)定軸承套圈尺寸的對比試驗；為驗證復(fù)合磁場磁處理的優(yōu)越性，以GCr15軸承套圈為研究對象，分析對比軸向、徑向、復(fù)合磁場穩(wěn)定軸承套圈尺寸的效果；最后，進(jìn)行了電磁脈沖降低殘余應(yīng)力的效果計算與驗證研究。

6、利用廣義胡克定律的應(yīng)力應(yīng)變分析方法，計算降低殘余應(yīng)力數(shù)值，將此數(shù)值與經(jīng)過X射線應(yīng)力測定儀實際測量值相比較，結(jié)果顯示計算值與實際測量值基本一致，驗證了理論計算的正確性。
　　6.總結(jié)本論文的研究成果，并展望了今后需進(jìn)一步展開的工作。
　　本文的創(chuàng)新點：
　　1.提出了中頻(1KHZ～10KHZ)電磁脈沖磁處理降低殘余應(yīng)力方法（“可變頻的電磁脈沖去應(yīng)力方法”發(fā)明專利號：ZL200910309497.4）。與低頻電磁脈沖磁處