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关于自增强处理的方法及其特点介绍

在学习自增强处理方法之前,有必要对新手进行简单科普,了解什么是自增强处理。
自增强处理是一种通过对筒体施加超高压力来改善其材料性能的方法。这种处理利用筒体外层材料的弹性收缩,导致内部残余应力的形成,从而使工作时的应力分布更加均匀,提高其屈服承载能力。简单来说,就是在筒体的内壁施加极高的压力,使其内壁发生屈服并出现径向扩展的残余变形,随后再卸去压力。在这个过程中,外层材料的弹性收缩会导致已经发生塑性变形的内层材料在弹性恢复时产生压缩应力,从而获得残余的压应力。

 

一、机械挤压法

机械式挤压法的基本原理是利用一个带有过盈配合的滑动锥形心轴通过圆筒的内壁,使内壁受到挤压,产生塑性变形和残余应力,从而实现自增强的效果。
机械挤压的方法。目前,在机械挤压法中,有三种主要方式可以推动心轴在圆筒内滑动:
1、使用冲头和水压机将心轴压入(间接液压方式)。
2、将液压引入心轴的背面,以直接推动心轴。
3、用机械方式拉动心轴,这被称为机械拉牵法。
机械挤压法的特点:
机械式挤压法主要用于开放式圆筒(管子),经济实惠,无需外部限制模具,密封相对简单。此外,该方法仅受心轴材料的压缩强度限制,而不受圆筒强度的影响,因此可以实现1500~2000MPa的残余应力。在特定的径比下,机械式挤压法和静液压法所需的压力与内径扩展量有关。对于具有相同屈服强度的材料,机械式挤压法所需的压力明显低于静液压法。虽然理论上机械式挤压法产生的周向残余应力应该小于静液压法,但实际结果恰恰相反。造成这种差异的原因在于静液压法由于Bauschinger效应而降低了自增强产生的残余应力,而挤压法则通过三向变形组合产生较小的反向屈服,从而获得较大的残余应力。

 

二、直接静液压法

直接静液压法的基本原理是通过液体压力直接作用于圆筒的内壁,使其发生塑性变形,从而产生超应变。随后,卸除压力后可以获得残余应力,进而提升材料的弹性强度极限和疲劳寿命。这种方法是最早被应用的,也是目前使用最广泛的,常用于自紧大、中口径的炮管及高压和超高压的容器与管道。
直接静液压法的特点包括:
直接静液压法与容器的液压试验流程大致相同,其优点在于操作简便、机动灵活,无需特殊的压力元件,并且能够使壁面获得均匀的塑性变形,特别适合用于闭式容器的自增强处理。对于开口的圆筒,可以使用端部密封装置。然而,直接静液压法的自增过程需要超高压源、超高压泵以及超高压管道和相关附件,这就需要解决超高压的密封问题,常常受到适用范围的限制。