表面形变强化

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1、摘要腐蚀、磨损、断裂是机械零部件的三大失效形式，其中以断裂失效带来的灾难与损失最大，而断裂失效中疲劳失效所占比例最高，民用机器零部件约占40%~50%，而军用和航空飞行的零部件则高达90%。可见，研究疲劳断裂、探索疲劳断裂机制至关重要，表面形变强化处理是提高机器零部件疲劳寿命最为有效的手段。关键词：失效，断裂失效，疲劳断裂，表面形变强化表面形变强化基本原理表面形变强化基本原理是通过机械手段(滚压、内挤压和喷丸等)在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层。此形变硬化层的深度可达0.5mm～1.5mm。硬化层中产生两种变化：一是在组织结构上，亚

2、晶粒极大地细化，位错密度增加，晶格畸变度增大；二是形成了高的宏观残余压应力。这两种变化使得金属表面的强度硬度得到了很大的提高，疲劳寿命也有了很大的改观。喷丸强化1、喷丸表面强化原理喷丸强化是当前国内外广泛应用的一种表面强化方法，它是将大量的高速运动的弹丸(铸铁丸、钢丸、玻璃丸、硬质合金丸等)喷射到零件表面，犹如无数的小锤反复锤击金属表面，使零件表层和次表层金属发生一定的塑性变形、从而在塑性变形层中产生金属特有的冷作硬化，还产生一层残余压应力。从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗应力腐蚀能力的表面工程技术。它已被广泛用于弹簧、齿轮、链条、铀、叶片、

3、火车轮等零部件这个技术的关键是要根据零件的材料和形状特点控制弹丸流的速度和控制零件表面与弹丸流之间的相对运动。2、喷丸强化用弹丸喷丸强化最常用的主要有钢丝切丸、铸钢丸、玻璃丸三种。喷丸强化用的弹丸必须具备以下特征：a）较高硬度和强度；b）应考虑弹丸质量、密度及规格大小之间的关系；c）要求弹丸不破碎，耐磨损，使用寿命长；（1）钢丝切丸钢丝切丸是用回火高强度钢丝经切割制成，目前使用最多的是用弹簧钢做成的钢丸，它的最适宜的硬度为HRC=45~50。它的成本较高，因两端由棱角会划伤工件表面，在欧美工业发达国家已经大量使用预钝化去棱角-磨角钢丝切丸。预钝

4、化钢丝切丸分为G1、G2、G3三种类型，具有良好的综合机械性能。一般要求钢丝切丸硬度越高越好，一般应不低于工件硬度。（2）铸钢丸铸钢丸是将金属熔化后的钢液，经雾化成丸、烘干、选圆、二次淬火、回火筛分制成。其硬度可根据回火温度不同，获得不同硬度的铸钢丸，组织为回火屈氏体或回火马氏体。铸钢丸不同于钢丝切丸，他会破碎，从而在循环使用时划伤工件，而且铸钢丸硬度越大，抛丸速度越高，破裂越严重。为了避免破碎，一般喷丸强化选用硬度为HRC48~52的铸钢丸，喷丸强度较低时可用铸钢丸。喷丸强度较高时，严禁使用铸钢丸。（3）玻璃丸玻璃丸由高质量碱玻璃制成，不含铁

5、杂质硬度相当于HRC46~50，外观为实心球体。使用中破碎率高，造成使用成本偏大。所以目前仅限用于对表面粗糙度有特殊要求的关键结构零件。此外,还有陶瓷弹丸、聚合塑料弹丸等。需要注意的是，强化用的弹丸与清理、成型、校形用的弹丸不同，必须是因球形，切忌有棱角，以免损伤零件表面。一般来说，黑色金属制件可以用铸铁丸、钢丸和玻璃丸。有色金属和不锈钢制件则应避免采用铸铁或钢丸进行喷丸强化，因为附着于零件表面的铁粉会导致零件表面的电化学腐蚀。3喷丸强化用设备喷丸强化用的设备主要有两种结构形式：气动式与机械离心式。一、气动式喷丸机气动式喷丸机以压缩空气驱动弹丸

6、达到高速度后撞击工件的受喷表面。这种喷丸机工作室内可以安置多个喷嘴，因其方位调整方便，能最大限度地适应受喷零件的几何形状。而且可通过调节压缩空气的压力来控制喷丸强度，操作灵活，一台喷九机可喷多个零件。适用于要求喷丸强度低、品种多、批量少、形状复杂、尺寸较小的零部件。它的缺点是功耗大，生产效率低。按弹丸运动方式可分为吸入式、重力式、直接加压式三种类型。a、吸入式喷丸机压缩空气从喷嘴射出时，在喷嘴内腔导丸口处形成负压，将下部贮丸箱的弹丸吸入喷嘴内腔，随压缩空气由喷嘴射出，喷向被强化零件表面。b、重力式喷丸机、将弹丸提升到一定高度，借助弹丸自重由上至

7、下流入喷嘴，由压缩空气带动，由喷嘴喷向被强化零件。c、直接加压式喷丸机弹丸与压缩空气首先在混合室内混合，再通过导丸管共同进入喷嘴，由喷嘴射出，喷向被强化零件。二、机械离心式抛丸机机械离心式喷丸机又称叶轮式喷丸机或抛丸机。工作时，弹丸由高速旋转的叶片和叶轮离心力加速抛出。弹丸离开叶轮的切向速度为45m／s－75m／s。这种喷丸机功率小，生产效率高，喷丸质量稳定，但设备制造成本较高。主要适用于要求喷丸强度高、品种少、批量大、形状简单、尺寸较大的零部件。离心式抛丸机工作原理与重力式气动喷丸机基本相同，不同之处在于用抛丸器代替了喷嘴。4喷丸工艺在实际生

8、产中是通过弹丸（尺寸、硬度、破碎率等）、喷丸强度、表面覆盖率、表面粗糙度这4个参数来检验、控制和评定喷丸强化质量的。一、喷丸强度影响喷丸强度的工艺参数