電磁脈沖磁處理降低鐵磁性工件殘余應力機理及方法研究.pdf

1、傳統(tǒng)時效技術降低工件殘余應力技術成熟，但是存在很大的局限性。近30年來，磁處理技術得到了迅速發(fā)展。清華大學、西北工業(yè)大學、武漢理工大學等高校在磁處理技術的研究中取得了一定進展，通過理論方式提出了磁處理降低殘余應力的方法，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力機理以及磁處理技術在生產(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力的機理及方法進行研究。主要完成了以

2、下研究工作：
　　1．分析殘余應力產(chǎn)生的原因及分類，指出殘余應力的危害及降低殘余應力的意義；評述了傳統(tǒng)降低殘余應力技術及殘余應力測量方法；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外現(xiàn)狀；最后，提出了中頻電磁脈沖磁處理降低殘余應力的新方法。
　　2.電磁脈沖磁處理降低殘余應力的機理研究。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力的機理。首先，基于塑性細觀力學，通過分析晶體位錯與殘余應力關系，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力與工件幾何尺寸穩(wěn)定性的內在聯(lián)系。其次，基于磁疇磁壁動力學分析，研究磁場作用下疇壁位移磁化及疇壁轉動磁化對殘余應力的影響；對磁化過程中磁疇能量變化以及疇壁位移對應力變化規(guī)律進行了分析研究。
　　3.電磁脈沖降低殘余應力的方法研究。通過分析殘余應力與磁場方向的關系，得到磁處理方向垂直于最大主應力方向時降低殘余應力效果較好的結論；通過有限元的方法對殘余

4、應力及磁場強度進行了仿真計算；為了研究磁場強度與殘余應力的關系，在能量消耗相同的情況下，使用不同磁場強度對工件進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力的關鍵因素為：磁場強度、磁處理時間、磁場頻率、殘余應力方向與磁場方向的關系。
　　4.電磁脈沖磁處理降低殘余應力裝置的研究。分析了電磁脈沖磁處理裝置的技術方案與各項性能指標；設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、磁處理降低殘余應力的試驗研究。首先，用Q275標準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、位錯結構、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、復合磁場穩(wěn)定軸承套圈尺寸的效果；最后，進行了電磁脈沖降低殘余應力的效果計算與驗證研究。

6、利用廣義胡克定律的應力應變分析方法，計算降低殘余應力數(shù)值，將此數(shù)值與經(jīng)過X射線應力測定儀實際測量值相比較，結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.總結本論文的研究成果，并展望了今后需進一步展開的工作。
　　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力方法（“可變頻的電磁脈沖去應力方法”發(fā)明專利號：ZL200910309497.4）。與低頻電磁脈沖磁處