摘要：在工业方面，机械加工强化机理主要包括两种：组织强化机理和应力强化机理。在对晶体进行研究的过程中结合晶体错位理论来对机理进行分析，组织强化机理一般是通过改变金属材料内部微观组成组织，提高相对密度，增强材料的流变应力，提高整体抗拉强度。本文通过对机械加工强化机理和机械加工工艺进行简要的叙述来突出体现当前我国机械生产过程中应用的工艺技术研究方向和进展，希望能对我国机械加工产业有一定的帮助作用。
关键词：机械加工；强化机理；工艺技术；研究进展
一、机械加工强化的机理分析
从微观的角度出发，材料当中原子问的结合力越紧密，则材料的强度越高，所以材料的塑性变形可以通过滑移来完成并且可以通过对滑移受力进行计算从而计算出临界盈利。
1.1错位强化
金属材料的最有效强化方式之一是错位强化。在进行塑性变形时，错位强化的错位运动比较复杂。它通过晶体之间的相互缠绕与相互作用，一定程度上增加了金属材料的错位密度，从而进一步增加错位运动的困难，也增加了材料的强度和硬度。
针对错位强化，人们进行过较为深入的研究，并建立了仿真模型，但是它不能对金属强度中的错位行动进行定性描述。经过不断研究，人们发现错位强化受到温度的影响。受高温影响，错位强化会由于形成错位交截的作用而逐渐变弱，自然其错位运动受到的阻力也会同时减少。机械强化作为机械加工的重要组成部分，要求避免金属材料因为在高温下工作而导致其强度下降。所以，要对材料强化后的工作温度给予足够重视。
1.2晶界强化
错位强化机械加工应用的十分广泛，而在材料进行错位强化运动时，往往会受到晶粒中晶界的阻碍，即在材料进行变形的过程中，其错位运动会形成一定的阻力，且错位源由晶界组成时，会导致材料的密度持续增大，进而提升材料的强度和硬度。
所谓的晶界强化，简单来讲就是向钢中加入适当的表面活性元素，提升钢的蠕变极限，也能让钢的持久性更强。晶界强化可以简单分为直接作用和间接作用两个方面。一是晶界直接起作用，即晶体本身的位错塞积对润滑带起到阻碍作用；二是晶界处不相容性质间接起作用，即为了集中晶界影响区的高应力，需要增加晶界的强化作用。从上文知道，晶界强化能在一定程度上提高机械材料的强度，但必须意识，它存在着塑性应变不相容的现象，会导致材料因为疲劳过早而失效。所以，要从多个方面考虑选择应用这一类材料。
1.3应变强化
应变强化也就是所谓的加工硬化，即金属材料在拉伸压缩过程中，因为屈服而使抵抗变形能力得到增强，并在历经滑移后使材料出现抵抗变形的功能，所以称其为应变硬化。随着金属材料应变性能的改变，其会产生不尽相同的硬化机制。
针对单晶体，它的硬化有三个主要阶段。一是易滑移阶段。这个阶段加工硬化的速度比较慢，且晶体的结构对其影响特别大。二是线性硬化阶段。这一阶段，加工硬化的速度与之前相比会有较为明显的提升，而且会产生一定线性关系与其相应的应变量，但其对金属的种类等并不敏感。三是动态恢复阶段。这一阶段，加工硬化速度有所下降，且因变形、温度等方面影响的变化比较明显。与第二阶段相比，这一阶段应变过程中的动态恢复性有所减小。
二、机械加工强化机理
2.1位错强化
在众多的材料强化过程中，位错强化是一种有效的强化方法。当材料发生塑性形变时，位错间相互作用可以提高材料的位错密度，而位错运动受到阻碍时候发生塞积。这种塞积现象可以提高材料的硬度。温度对于金属的位错强化也会产生影响，而不同种类的金属，其产生的影响大小也是不同的。而这种现象被成为热激活效应。材料在其临界温度时，当温度继续升高，位错作用减弱，位错运动继续进行。实际中，如果温度高于临界温度，随着温度升高，此时位错运动收到的阻碍变小，而材料中流变应力却不变。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆故在对金属材料进行硬化的时，应对零件的工作环境温度情况予以考虑，从而确定材料的临界温度，避免零部件在高温下工作时强度降低而发生形变，对设备造成不利影响。
2.2晶界强化
晶界强化是指运用向钢锅中加入表面活性元素或者细化晶粒的方法提高钢的持久性以及蠕变极限。晶界强化可以显著提高材料的耐用度，是一种较为常见的强化方式。晶界强化的作用主要表现在两个方面，一个是直接层面一个是间接层面。直接层面主要是由晶体本身带来的，晶体本身的位错塞积可以对滑移产生一定的阻碍作用，间接层面是由晶界的不相容性带来的，为了集中晶界影响区的高应力就必须在最大程度上增大晶界的强化作用。因此总的来说，晶界的强化虽然可以显著提高材料的强度但是由于存在塑性应变不相容的隐患，可能会导致机械材料过早的疲劳失效。
2.3应变强化
应变强化又被称为加工硬化是指在材料变形的过程当中，通过错位运动，使金属材料的强度和硬度都有所提高，但材料的塑性、韧性会在一定程度上下降，而这一系列的塑性变形过程都是发生在结晶温度以下。这种过程产生的原因是，金属材料在进行塑性变形的时候，其内部的晶粒发生错位滑移，使其内部晶粒拉长、破碎和纤维化，金属内部发生了结构变化，这种反应最终会显著提高金属材料、零件等表面强度，提高零件和构件的安全度，可得到截面变形均匀一致的冷冲压件，可以改进低碳钢的切削性能，使切屑易于分离。
三、机械强化工艺技术
3.1喷丸强化
喷丸强化工艺主要是通过对晶体分子进行小型离子喷丸工序，将分子间可能发生滑动的区域及时填补进去，使其和材料融合在一起产生表层和次表层晶体颗粒细致化，避免其发生塑性变形，从而实现提高材料抗性强度和疲劳寿命的目的。
3.2激光冲击强化
激光冲击强化主要是利用激光高速冲击，高功率密度的短脉冲穿过材料表面透明分子约束层作用于其内部金属表面的能量吸收层上，吸收层通过吸收激光冲击所产生的能量而气化蒸发冲破约束层发生等离子体爆炸，爆炸所产生的强烈反应力在材料分子间形成强大的应力波，气压力要远远大于材料动态屈服强度，从而使材料分子间发生强烈的变化，外部的应力波迫使分子占据分子偏移其原有的运动轨迹想空隙靠拢，缩小分子间距离，降低材料整体粗糙度，使其表面更加光滑，提高了材料表面的硬度，增强了其抗性能力和疲劳寿命。
3.3滚压强化
滚压强化工艺主要是通过滚压工具对材料表面进行施压操作，通过强外力的作用迫使其分子间距离变短。
在常温条件下，滚压强化工艺利用材料表面塑性变形的特征，改变材料金属表层的组织结构、物理性质、机械性质、形状和尺寸，以此来达到实现增强其内部抗性强度的目的。滚压强化能够同时达到材料表面抛光和内部构造强化的目的，在多少情况下，该工艺可以替代进行材料表面的处理工作，如表面淬火，烙刻等，也可以进行精加工工序所要求的任务，如表面研磨，抛光等，滚压强化工艺在工艺应用中是一种非常实用且不需要太多设备支持的工艺技术，是一种无懈于精密强化的工艺方法，也是当前材料机械强化的应用的主要工艺之一。
结语
在机械加工时，强化技术对材料强度以及各种性质的提高是十分重要的，甚至是保证工业继续发展的保证。金属机械在进行加工强化时候，其机理是基于位错理论以及应力强化。位错理论重在进行组织强化，而应力强化则是通过抑制金属疲劳而使金属得到强化。在实际进行加工过程中，常用工艺包括喷丸、激光与滚压三种主要方法，而将传统工艺与这三种方法相结合，发展出了新技术。
参考文献：
[1]尤文龙，杨洁，董瑞.机械加工强化机理与工艺技术研究[J].现代制造技术与装备.2018（04）
[2]曾家谦.机械加工强化机理与工艺技术研究进展[J].科学技术创新.2017（30）
[3]熊柯屹.机械加工强化机理与工艺技术初探[J].时代农机.2017（02）
论文作者:王斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：材料论文; 机理论文; 塑性论文; 应力论文; 强度论文; 机械加工论文; 应变论文; 《基层建设》2019年第19期论文;