成品管表面質(zhì)量對不銹鋼管使用壽命的影響

    不銹鋼管的表面質(zhì)量是機械加工質(zhì)量的重要組成部分，是指機械加工后不銹鋼管表面層的微觀幾何結(jié)構(gòu)及表層金屬材料性質(zhì)發(fā)生變化的情況。經(jīng)機械加工后的不銹鋼管表面并非理想的光滑表面，它存在著不同程度的粗糙波紋、冷硬、裂紋等表面缺陷。表面粗糙度、表面加工硬化、表面殘余應(yīng)力的性質(zhì)及其大小、表面金相組織變化及機械損傷對機器不銹鋼管的使用性能有著極大的影響;不銹鋼管的磨損、腐蝕和疲勞破壞都是從不銹鋼管表面開始的，特別是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)使機器正朝著精密化、高速化、多功能方向發(fā)展，工作在高溫、高壓、高速、高應(yīng)力條件下的機械不銹鋼管，表面層的任何缺陷都會加速不銹鋼管的失效。

    已加工表面質(zhì)量對不銹鋼管的使用性能有很大的影響，為使不銹鋼管長期、安全、可靠地工作，都對表面質(zhì)量提出較高的要求。受動載荷的構(gòu)件，材料的疲勞承載能力與表面質(zhì)量密切相關(guān):在腐蝕性介質(zhì)中工作的部件，其抗腐蝕能力與表面質(zhì)量也密切相關(guān)。航空和航天不銹鋼管斷裂故障的金相分析或斷口分析表明，無論是動載疲勞斷裂，還是靜載延滯斷裂，其斷裂的主要原因是不銹鋼管的表面層狀態(tài)。具體的說，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

    ①表面粗糙度對不銹鋼管使用性能的影響

    切削加工后的不銹鋼管表面在微觀上是由許多峰谷構(gòu)成。當兩個不銹鋼管表面相接觸時，實際上是由這些峰頂相互接觸。實際接觸面積比理論接觸面積小得多;同時，接觸的應(yīng)力很大。當兩個接觸面間有相對運動時，相互接觸的峰頂部分會最先磨損，從而逐步失去原有的尺寸、形狀和精度。一般情況下，表面粗糙度越低，不銹鋼管的耐磨性越好。但粗糙度并不一定總是越低越好，因為表面過于光滑，在較大壓力下容易破壞不銹鋼管表面的潤滑油膜，并增加冷焊的可能性，從而導致表面的劇烈磨損。對于受交變載荷的不銹鋼管，表面越粗糙，越容易在波谷尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，以致疲勞后出現(xiàn)裂紋，使不銹鋼管失效。表面越粗糙的不銹鋼管，腐蝕性物質(zhì)容易吸附和集聚在凹谷處，沿著凹谷尖端向表面深處腐蝕，使腐蝕加速。

    1)表面質(zhì)量對疲勞強度的影響。不銹鋼管的表面粗糙度、冷硬現(xiàn)象、殘余應(yīng)力都將對不銹鋼管疲勞強度產(chǎn)生影響。一般情況下，表面粗糙度越高，冷硬現(xiàn)象和殘余應(yīng)力越大，疲勞強度就越低。有些加工方法(如滾壓)既可以降低表面粗糙度，又可以強化加工表面，同時能防止表面微裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，因此，可以在一定程度上提高不銹鋼管的疲勞強度。

    2)表面質(zhì)量對腐蝕性的影響。一般情況下，表面粗糙度越高，不銹鋼管的抗腐蝕性也就越差。存在殘余拉應(yīng)力的表面要比存在殘余壓應(yīng)力的表面耐腐蝕性差。

    3)表面質(zhì)量對裝配性質(zhì)的影響表面粗糙度越高，在摩擦過程中不銹鋼管越容易失去原有的尺寸精度。故在間隙配合中，會使配合間隙過大，改變原有的配合性質(zhì)。在過盈配合中，會減少實際過盈量，影響配合的可靠性。此外，表面質(zhì)量對裝配后的接觸剛度、運動平穩(wěn)性、噪聲、甚至對機器的正常使用，都會產(chǎn)生影響。

    ②加工硬化對不銹鋼管壽命的影響

    表面冷作硬化能提高常溫下工作的不銹鋼管的疲勞極限。但對于高溫下工作的不銹鋼管來說，沒有冷作硬化或者只有極小冷作硬化的表面層，才能保證疲勞極限或者疲勞強度。在較高的溫度下，由于表面層硬度的改變，其表面層內(nèi)就會發(fā)生殘余應(yīng)力松弛，塑性變形層內(nèi)原子擴散遷移率就會增加，從而導致合金元素氧化的加速及晶界層的軟化。冷作硬化層的深度和程度越大，溫度越高，時間越長，塑性變形層內(nèi)這些過程就進行得越激烈，進而導致不銹鋼管冷作硬化層晶界形成表面起始裂紋，起始裂紋進一步擴展就會成為疲勞裂紋。不銹鋼在加工過程中產(chǎn)生較嚴重的加工硬化。被加工材料在經(jīng)過第三變形區(qū)時將再次發(fā)生塑性變形，最終形成已加工表面，待切削層的部分材料沒有轉(zhuǎn)變成切屑而轉(zhuǎn)變成已加工表面層。經(jīng)過幾次變形，使金屬的晶格發(fā)生扭曲，晶粒拉長、破碎，阻礙了金屬進一步塑性變形而使金屬強化。不銹鋼在切削時的切削溫度較高，增強了原子活動能力，使塑性變形容易進行，形成弱化。當切削溫度超過相變點后，在塑性變形的過程中，部分奧氏體轉(zhuǎn)變成兩種馬氏體，不同的金相組織有不同的硬度。已加工表面的硬化就是這種強化、弱化和相變作用的綜合結(jié)果。這樣就大大增加了切削時的摩擦、磨損和切削力。

    ③殘余應(yīng)力對不銹鋼管壽命的影響

殘余應(yīng)力會使加工好的不銹鋼管逐漸變形，從而降低不銹鋼管的尺寸和形位精度。表面層的殘余應(yīng)力對不銹鋼管的疲勞壽命有很大的影響。一般來說，殘余壓應(yīng)力會提高不銹鋼管的疲勞強度，而殘余拉應(yīng)力會使已加工表面產(chǎn)生裂紋，降低疲勞強度。

    ④表面金相組織變化對不銹鋼管壽命的影響

    奧氏體不銹鋼強度一般為Qb=539Mpa，但在室溫冷加工時，由于加工硬化會誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變，使強度提高至Qb=1568Mpa，這樣易使刀具磨損，并影響工件的表面粗糙度，從而影響不銹鋼管的壽命。