机械加工表面完整性影响试件疲劳性能的研究现状

苏昊

（辽宁工程职业学院，辽宁 铁岭 112008）

经过笔者长时间的工作经验总结，笔者发现机械加工工艺和各项生产条件都会对试件的加工表面完整性产生较大的影响作用，从而对试件自身的疲劳性产生影响。针对此种情况，进行机械加工表面完整性各项指标和其形成机理就显得十分有必要，并且该项研究是进一步提高试件疲劳性能的最佳途径。在世界上有非常多的传记学者对此方向进行了研究与分析，并且也产生了很多研究成果与发现。不过需要注意的是，在很多方面的研究还没有做到完美，还需要同行继续进行研究与分析。

一、机械加工表面完整性对试件疲劳性能的影响

（一）表面粗糙度对试件疲劳性能的影响

第一点，在行业中绝大多数的专家学者都认为加工表面粗糙度被认为是表面完整性中最关键的一项指标，使生产过程中想要获得高质量的零件加工的重要指标。除此之外，在生产过程中某些条件的影响下，加工表面粗糙度也同样会对零件生产的疲劳性产生非常重大的影响，通过实验证明了表面粗糙度的区别也同样会对零件自身的疲劳性产生非常重大的影响。在通常情况下，生产过程中的表面粗糙度越大，也就会造成零件表面的微观沟痕越深，并且局部应力集中的情况也会趋于严重，这将会在很大程度上破坏试件的疲劳性能。举例来说，在法国航空制造工程师学院任教的Suraratchai 教授等专家学者就曾对航空铝合金表面粗糙度对试件疲劳寿命的影响规律进行了有限元建模的试验，通过本次的实验Suraratchai 教授发现，伴随着生产过程中粗糙度数值逐渐地趋于扩大，那么试件自身的疲劳性能也出现了逐渐下降的情况，特别是当试件处于低周疲劳的情况下，这种情况将会被无线放大，该实验证明了机械加工表面完整性与试件疲劳性能之间处于负相关的关系。

（二）表面硬化对试件疲劳性能的影响

在实际的机械加工的过程中，在对表面硬化的工件进行加工的过程中，主要是通过金属受到切削力的影响，促使工件表面产生严重的变形反应，这会使得金属自身的晶格发生大规模扭曲，导致金属自身的晶粒破损，进而延伸出纤维化以及拉伸的情况，以上这些情况的存在会进一步阻碍金属的变形反应，这时的工件在加工的过程中表面的硬度上升，难以被加工塑性。但是，在表面完整性的指标的测试中，加工表面硬化是能够对试件疲劳性能产生影响的重要条件之一。需要注意的是，现阶段，专家学者在研究的过程中，对加工硬化对试件疲劳性能产生影响大小的实验结果并不完全同意，总的来说，表面加工硬化能够在一定程度上提升试件疲劳性能，但是在某些特定的环境条件下，特别是当试件处于高温的环境中，会使得加工表面层被拉伸、纤维化金属组织自身的扩散能力进一步增强，以上情况的存在就有可能会造成试件表面的承载能力下降，在这样的环境下试件的疲劳性反而会出现下降的情况。

（三）表面残余应力对试件疲劳性能的影响

加工表面残余应力主要是指的在进行机械加工过后，工件自身内部维持平衡的一种内应力。在实际的表面完整性指标测试的过程中，加工表面残余应力同样是会对试件的疲劳性能产生一定的影响。在1950 年左右，Henriksen 教授的团队就曾进行了针对性的试验，试验的主要方向是零件表面加工产生的残余应力，Henriksen 教授的团队认为表面加工残余应力是试件生产过程中影响试件疲劳性能一个非常重要的因素。该实验的结果是：残余应力与外加循环应力代数相加，这会导致表面涂层材料的承受荷载能力明显下降，假设能够将循环载荷进行减小处理，那么试件的疲劳性能将会获得大幅度的提升。笔者根据Henriksen 教授的团队实验结果可以得出这样的结论：试件生产过程中的表面残余压应力可以进一步提升试件的疲劳性能，不过残余拉应力则会产生发作用力，进一步降低试件的疲劳性能。

二、分析及结论

（一）就通常条件而言，伴随着生产过程中粗糙度数值逐渐地趋于扩大，那么试件自身的疲劳性能也出现了逐渐下降的情况，特别是当试件处于低周疲劳的情况下，这机械加工表面完整性与试件疲劳性能之间处于负相关的关系。

（二）表面加工硬化同样时能够对试件疲劳性能产生影响的重要因素，但是在面对不同的加工工艺以及试件生产材料，该种影响的规律也会出现不同长度的变化，所以造成了一直没有一个统一的标准。就通常情况而言，表面加工硬化能够在一定程度上提升试件疲劳性能，但是在某些特定的环境条件下，特别是当试件处于高温的环境中，会使得加工表面层被拉伸、纤维化金属组织自身的扩散能力进一步增强，以上情况的存在就有可能会造成试件表面的承载能力下降，在这样的环境下试件的疲劳性反而会出现下降的情况。

（三）加工表面残余应力同样是会对试件的疲劳性能产生一定的影响，试件生产过程中的表面残余压应力可以进一步提升试件的疲劳性能，不过残余拉应力则会产生发作用力，进一步降低试件的疲劳性能。

三、结语

根据上文的论述，对于机械加工表面完整性影响试件疲劳性能的研究还需要进一步地深入，只有具备更加完善的理论才能够为零件的生产发挥更好的指导作用，并且进一步提升抗疲劳加工技术在机械制造领域内的应用范围。