表面噴丸強(qiáng)化技術(shù)

1、表面噴丸強(qiáng)化技術(shù)一、噴丸強(qiáng)化概述二、噴丸強(qiáng)化原理三、噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)四、噴丸強(qiáng)化設(shè)備 一、噴丸強(qiáng)化概述 噴丸強(qiáng)化是高速運(yùn)動(dòng)的彈丸噴射材料表面并使其表層發(fā)生塑性變形的過程。 噴丸過程中，彈丸反復(fù)打擊材料的表面，最終在材料表面附近形成一塑性變形層即強(qiáng)化層的深度，其深度為0.10.8mm。合理利用引入表面塑性變形層的1、殘余壓應(yīng)力場(chǎng)2、變形顯微組織 3、殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變可以改善材料疲勞及應(yīng)力腐蝕抗力。 同時(shí)，即使是精加工后的表面，仍然存在著加工的刀痕，往往是疲勞裂紋的起源。 噴丸處理除了產(chǎn)生應(yīng)力強(qiáng)化和組織強(qiáng)化外，咳可以有效消除這些加工刀痕。 歷史上講，噴丸強(qiáng)化是本世紀(jì)三十年代發(fā)展起來的一種表面

2、強(qiáng)化工藝，首先應(yīng)用于汽車制造中的各種彈簧，一提高其疲勞壽命。 目前，噴丸工藝在國外，已廣泛應(yīng)用于鋁合金、鈦合金、鎂合金、不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼、高強(qiáng)和超高強(qiáng)鋼、高溫合金及粉末冶金等零構(gòu)件。二、噴丸強(qiáng)化原理 在彈丸沖擊下，材料表層產(chǎn)生循環(huán)塑性應(yīng)變，材料層發(fā)生四種變化： 1、表面粗糙度發(fā)生變化 2、表層引入殘余壓應(yīng)力場(chǎng) 3、表層形成塑性形變細(xì)化組織 4、表層殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變 1、應(yīng)力強(qiáng)化 噴丸引入材料表層的殘余應(yīng)力沿表層深度的分布如圖。其中，殘余壓應(yīng)力的深度 隨著材料強(qiáng)度和噴丸工藝參數(shù)而變化。c2、組織強(qiáng)化 噴丸應(yīng)變層內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)，包括位錯(cuò)密度及形態(tài)、晶粒形狀、亞晶粒尺寸、相轉(zhuǎn)變等方面均發(fā)生變化。

3、對(duì)于多數(shù)材料，噴丸應(yīng)變層內(nèi)的位錯(cuò)密度增高、晶體點(diǎn)陣畸變?cè)龃?，亞晶粒?xì)化。 這些因素，都可以阻礙疲勞裂紋在材料表面和次表面的萌生，延長疲勞裂紋成核壽命。 有時(shí)，噴丸處理會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度增大，這會(huì)給材料的疲勞強(qiáng)度帶來損失。 但是，噴丸處理導(dǎo)致粗糙度增高所帶來的疲勞強(qiáng)度損失，總是小于應(yīng)力強(qiáng)化和組織強(qiáng)化所帶來的疲勞強(qiáng)度增益。 而且，還可以通過工藝參數(shù)，改變噴丸后的表面粗糙度，從而獲得最佳的強(qiáng)化效果。三、噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù) 包括彈丸直徑及硬度，彈丸速度及流量，噴射角度及時(shí)間，噴嘴至零件表面的距離。 而在一定的噴丸強(qiáng)度和表面覆蓋率具有一定的噴丸強(qiáng)化效果。 通過要求控制和檢驗(yàn)的噴丸工藝參數(shù)，主要是彈丸尺寸和形

4、狀、彈丸強(qiáng)度及表面覆蓋率，而其中最重要的是噴丸強(qiáng)度。 1、噴丸參數(shù)（1）彈丸 它是噴丸強(qiáng)化工藝中使用的形狀為球形或無棱角的圓柱形且均為實(shí)心的介質(zhì)材料。 噴丸強(qiáng)化使用的彈丸包括玻璃丸、鑄鋼丸、不銹鋼丸、切制鋼絲、陶瓷丸、塑料丸等。（2）弧高度試片及弧高度值 用65Mn冷軋彈簧鋼帶制成的測(cè)量噴丸強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試片就是弧高度試片。 試片單面在彈丸沖擊下，表面層發(fā)生塑性變形，由此導(dǎo)致試片想噴射面呈球面狀彎曲。 基準(zhǔn)面至球面最高點(diǎn)的距離成為弧高度。（3）噴丸強(qiáng)度 在其它噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)固定的條件下，試片的弧高度值起初隨著噴丸時(shí)間而迅速增高，但隨后逐漸變緩，最終達(dá)到飽和或準(zhǔn)飽和。 過飽和點(diǎn)后弧高度值與噴丸時(shí)間

5、之間成線性關(guān)系。直線段外推與曲線的偏離點(diǎn)為飽和點(diǎn)，飽和點(diǎn)處的弧高度值，稱為噴丸強(qiáng)度。（4）表面覆蓋率 在被噴丸零件表面的規(guī)定部件上，彈痕占據(jù)的面積與要求噴丸強(qiáng)化的面積的比值，稱為表面覆蓋率。 當(dāng)噴丸覆蓋率低于100%時(shí)，可用工具顯微鏡直接測(cè)量。 對(duì)于實(shí)際零件的噴丸，其覆蓋率肯定是超過100%時(shí)，覆蓋率計(jì)算公式為 （實(shí)際噴丸時(shí)間/覆蓋率100%噴丸時(shí)間）100%2、噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)的選擇原則 在低噴丸強(qiáng)度范圍內(nèi)，疲勞強(qiáng)度隨噴丸強(qiáng)度增高逐漸增高，但超過一定噴丸強(qiáng)度之后，疲勞強(qiáng)度則開始下降。 對(duì)于任一種材料，在其尺寸、加載方式及環(huán)境等條件不變的情況下，均有一個(gè)最佳的噴丸強(qiáng)度，此時(shí)可獲得最佳的強(qiáng)化效果

6、。3、特殊噴丸工藝（1）二次噴丸（2）熱噴完（3）預(yù)備應(yīng)力噴丸（4）復(fù)合噴丸強(qiáng)化四、噴丸強(qiáng)化設(shè)備1、氣動(dòng)式噴丸機(jī) 氣動(dòng)式噴丸機(jī)以壓縮空氣驅(qū)動(dòng)彈丸達(dá)到高速都裝機(jī)工件的受噴表面。 氣動(dòng)式噴丸機(jī)可以安置多個(gè)噴嘴，其位置和方向調(diào)整方便，能最大限度地適應(yīng)受噴件的幾何形狀。 可利用壓縮空氣的壓強(qiáng)來調(diào)節(jié)噴丸強(qiáng)度，操作比較靈活。（1）吸入式氣動(dòng)噴丸機(jī)壓縮空氣通過噴嘴的彈與氣的混合室，在彈丸的入口處形成負(fù)壓，壓縮空氣將彈丸從貯丸箱內(nèi)吸入氣流中，使彈丸被加速。 吸入式噴丸機(jī)適于玻璃彈丸或小尺寸金屬彈丸， 彈丸很難由負(fù)氣壓吸入噴嘴。 噴丸機(jī)工作時(shí)，噴嘴與工件被噴面需保持一定距離，列如100250mm范圍，而且噴嘴與噴面還需保持一定角度。 噴丸機(jī)工作時(shí)，工作臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，使受噴表面均勻覆蓋。（2）重力式氣動(dòng)噴丸機(jī) 這類噴丸機(jī)，彈丸依靠專門的提升機(jī)構(gòu)上升到一定高度，然后經(jīng)過彈丸分離器，按所需流量進(jìn)入噴嘴。 重力式噴嘴機(jī)的噴嘴與吸入式相同，工作時(shí)的區(qū)別在于彈丸是賴自重進(jìn)入噴嘴，因此，能比較好地控制彈丸速度和彈流量。 重力式氣動(dòng)噴丸機(jī)結(jié)構(gòu)比吸入式復(fù)雜，時(shí)候使用比重、直徑較大的金屬彈丸。2、葉輪式離心噴丸機(jī)由彈丸送進(jìn)管1通過彈丸控制閥2進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的葉輪3中心，被葉片4離心力拋出。改變分配器5的開口位置，可以控制彈丸的噴射方向。 彈丸的速度，取決于葉輪轉(zhuǎn)速