機械加工過程中因切削力作用產生的塑性變形,使晶體間產生剪切滑移、晶格扭曲和畸變,晶粒被拉長和纖維化,甚至破碎,這些都會使表面層金屬的硬度和強度提高,這種現象稱為冷作硬化(或稱為強化)。表面層的硬化程度取決于產生塑性變形的力、變形速度及變形時的溫度。力越大,塑性變形越大,產生的硬化程度也越大。變形速度越大,塑性變形越不充分,產生的硬化程度也就相應減小。
砂輪切割時切削刃鈍圓半徑增大,對表層金屬的擠壓作用增強,塑性變形加劇,導致冷硬增強。刀具后刀面磨損增大,后刀面與被加工表面的摩擦加劇,塑性變形增大,導致冷硬增強。切削速度增大,切削熱在工件表面層上的作用時間也縮短,將使冷硬程度增加。進給量增大,切削力也增大,表層金屬的塑性變形加劇,冷硬作用加強。本試驗選用尺寸為25.4*3.76*300的奧氏體不銹鋼鋼管,圖1為砂輪切割樣品距切口原始面不同距離對應的硬度值,從圖中可以看出,砂輪切割對硬度值影響較大,近切割面的硬度值高達291HV5,離切口越近,冷作硬化比較明顯,硬度值越高,隨著離切口距離的增加,硬度值逐漸降低,在距切口0.5~0.7mm處,硬度值趨于穩定。

圖一:距切口原始面的距離mm(砂輪切割)
線切割加工是利用電極和工件間的隧道效應,由脈沖能量產生的瞬時高溫、高壓及輻射波使被加工金屬熔化、氣化而被腐蝕掉。由于脈沖瞬時高溫和液體介質及工件本身的迅速冷卻作用,致使線切割加工后的樣品切割面形成一層變質層,變質層脆而硬有很大的應力,對低碳鋼和低合金鋼影響不大,圖2為線切割樣品距切口原始面不同距離對應的硬度值,從圖中可以看出,線切割對硬度值有一定的影響,近切割面的硬度值為173HV5,隨著離切口距離的增加,硬度值逐漸降低,在距切口0.2~0.7mm處,硬度值趨于穩定。

圖二:距切口原始面的距離mm(線切割)
由以上兩種機加工可以得出,砂輪切割對硬度值的影響比較大,而且硬化層深度高達0.5mm,線切割對硬度值的影響相對較小,硬化層深度也只有0.2mm,因此,建議硬度測試取樣采用線切割,線切割后的試樣把變質層砂輪打磨后,用水磨砂輪磨去0.2mm再做硬度測試。
TUV南德材料實驗室
材料實驗室(IMTL)能夠提供金屬材料、高分子材料、建筑材料的測試和技術服務。測試覆蓋了材料的成分分析、機械性能、金相分析、尺寸測量、腐蝕測試、無損檢測、失效分析、物理性能、熱學性能、耐候老化試驗,材料及產品的安全可靠性測試和環保測試等內容,滿足客戶全方面的測試需求。
TUV 南德意志集團于約150年前在德國成立,是全球領先的技術服務公司之一,服務范圍覆蓋測試、認證、檢驗、資訊及專家指導等多個領域。公司在全世界擁有800多個代表處,員工約20,000人,著力為客戶提供技術、體系及實際運作中的優化服務。
TUV 南德意志集團在中國的業務開展已超過20年歷史。至今,已為20,000多家客戶提供了相應服務。