喷丸强化工艺

喷丸强化工艺与应用喷丸强化基本概念1. 什么叫强化喷丸呢?下面说说它的概念.在了解喷丸强化技术之前，我们有必要将抛丸、喷砂、喷丸的三个容易混淆的概念解释一下。 这三个概念其实就四个字：喷、抛、丸、砂，其中，喷抛是工艺方法，丸砂是使用的材料。 喷，是用高压空气将丸、砂吹到工件的表面，抛是用高速旋转的叶片抛射到工件表面，丸用 的是钢丸，砂用的是石英砂等。喷丸过程就是将大量弹丸喷射到零件表面上的过程，有如无数小锤对表面锤击，因此，金属 零件表面产生极为强烈的塑性形变，使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层，称为表面强化 层，此强化层会显著地提高零件的疲劳强度。测评强化丸质量有三个基本参数：强度、覆 盖率、表面粗糙度。2. 喷丸强度影响喷丸强度的工艺参数主要有：弹丸直径、弹流速度、弹丸流量、喷丸时间等。弹丸直径 越大，速度越快，弹丸与工件碰撞的动量越大，喷丸的强度就越大。喷丸形成的残余压应力 可以达到零件材料抗拉强度的60%，残余压应力层的深度通常可达0.25mm，最大极限值为 1mm左右。喷丸强度需要一定的喷丸时间来保证，经过一定时间，喷丸强度达到饱和后， 再延长喷丸时间，强度不再明显增加。在喷丸强度的阿尔门试验中，喷丸强度的表征为试片 变形的拱高。3. 阿尔门（Almen）试验喷丸强度常用N试片（用于有色金属试验）、A试片（最常用）、C试片（更高强度）来进行 测量，A试片和C试片之间关系为近似3倍关系。如用C试片测得强度为0.15-0.20C mm 就相当于0.45-0.60A mm。图中厚的为C试片，薄的为A试片。试验过程中，先测量试片原有变形，然后将卡好该试片的工装置于喷丸箱内，采用与工件相 同的工艺进行喷射。喷丸结束，取下试片，测量变形拱高。4. 喷丸覆盖率覆盖率是指工件上每一个点被钢丸打到的次数，有人对喷丸覆盖率常这样认为：我的喷嘴1 上1下喷工件2遍，不就可以满足200%的覆盖率了吗？乍一听觉得有道理，其实不是这样 的。覆盖率的测量是这样的：先在工件表面涂上一层彩釉或萤光釉，然后按工艺参数对工件 进行喷丸，每喷表面一遍将工件取出，在显微镜（放大镜）下观察所残留的涂层在表面所占 的比例，如还有20%残留，则覆盖率为80%。当残留只有2%，即覆盖率为98%时，可视 为全部清除，即覆盖率为100%，此时就有一个时间。若达到400%的覆盖率，就是4倍的 该时间。5. 覆盖率的影响因素影响覆盖率的因素有零件材料硬度、弹丸直径、喷射角度和距离、喷丸时间等。在规定的喷 丸强度条件下，零件的硬度低于或等于标准试片硬度时，覆盖率能达到100% ；反之，覆盖 率会下降。在相同的弹丸流量下，喷嘴与工件的距离越长、喷射的角度越小、弹丸直径越小， 达到覆盖率要求的时间就越短。喷丸强化时，应选择大小合适的弹丸、喷射角度及距离，使 喷丸强度和覆盖率同时达到要求值。来源于材料网6. 表面粗糙度由于钢丸的喷射，对工件表面的粗糙度产生一定的变化。影响表面粗糙度的因素有零件材料 的强度和硬度、弹丸直径、喷射的角度和速度、零件的原始表面粗糙度。在其他条件相同的 情况下，零件材料的强度和表面硬度值越高，塑性变形越困难，弹坑越浅，表面粗糙度值越 小；弹丸的直径越小，速度越慢，弹坑就越浅，表面粗糙度值就变小；喷射的角度大，弹丸 速度的法向分量越小，冲击力越小，弹坑越浅，弹丸的切向速度越大，弹丸对表面的研磨作 用就越大，表面粗糙度值就越小；零件的原始表面粗糙度也是影响因素之一，原始表面越粗 糙，喷丸后表面粗糙度值降低越小；相反，表面越光滑，喷丸后表面变得粗糙。当对零件进 行高强度的喷丸后，深的弹坑不但加大表面粗糙度值，还会形成较大的应力集中，严重削弱 喷丸强化的效果。喷丸强化的效果和质量的表征指标主要有喷丸的强度、覆盖率和喷丸后零件的表面粗糙 度值，每一项指标都受多项工艺参数的影响。影响喷丸强度的工艺参数主要有：弹丸直径、弹流速度、弹丸流量、喷丸时间等。弹丸 直径越大，速度越快，弹丸与工件碰撞的动量越大，喷丸的强度就越大。喷丸形成的残余压 应力可以达到零件材料抗拉强度的60%，残余压应力层的深度通常可达0.25mm，最大极限 值为1mm左右。喷丸强度需要一定的喷丸时间来保证，经过一定时间，喷丸强度达到饱和 后，再延长喷丸时间，强度不再明显增加。在喷丸强度的阿尔曼试验中，喷丸强度的表征为 试片变形的拱高。影响覆盖率的因素有零件材料硬度、弹丸直径、喷射角度和距离、喷丸时间等。在规定 的喷丸强度条件下，零件的硬度低于或等于标准试片硬度时，覆盖率能达到100% ；反之， 覆盖率会下降。在相同的弹丸流量下，喷嘴与工件的距离越长、喷射的角度越小、弹丸直径 越小，达到覆盖率要求的时间就越短。喷丸强化时，应选择大小合适的弹丸、喷射角度及距 离，使喷丸强度和覆盖率同时达到要求值。影响表面粗糙度的因素有零件材料的强度和硬度、弹丸直径、喷射的角度和速度、零件 的原始表面粗糙度。在其他条件相同的情况下，零件材料的强度和表面硬度值越高，塑性变 形越困难，弹坑越浅，表面粗糙度值越小；弹丸的直径越小，速度越慢，弹坑就越浅，表面 粗糙度值就变小；喷射的角度大，弹丸速度的法向分量越小，冲击力越小，弹坑越浅，弹丸 的切向速度越大，弹丸对表面的研磨作用就越大，表面粗糙度值就越小；零件的原始表面粗 糙度也是影响因素之一，原始表面越粗糙，喷丸后表面粗糙度值降低越小；相反，表面越光 滑，喷丸后表面变得粗糙。当对零件进行高强度的喷丸后，深的弹坑不但加大表面粗糙度值， 还会形成较大的应力集中，严重削弱喷丸强化的效果。喷丸强化的工业应用喷丸强化工艺适应性较广；工艺简单、操作方便；生产成本低，经济效益好，强化效果 明显。近年来，随着计算机技术发展，带有信息反馈监控的喷丸技术已在实际生产中得到应 用，使强化的质量得到了进一步提高。目前喷丸强化不仅用于汽车工业领域的弹簧、连杆、曲轴、齿轮、摇臂、凸轮轴等承受 交变载荷的部件，还广泛用于其他工业领域。如喷丸强化可以提高电镀零件的疲劳强度和结 合力；各种合金钢经过任何一种电镀处理后，一般均会导致疲劳强度下降10%60%，而喷 丸强化则可有效提高疲劳强度，同时还可以增加电镀层的结合力，防止起泡。表面喷丸可提高紧固件品质根据统计，紧固件断裂失效模式中，疲劳失效约占总数的60%90% ,所以在历史上已广为 采用的调质、渗碳、表面处理，通过改变材料的组织来达到改善疲劳性能（包括应力腐蚀性 能）的目的。当今，表面喷丸强化工艺，已经采用在螺栓、螺钉的杆部，使用最多、适应性 也广，成本也低廉。喷丸是弹丸流不断撞击紧固件表面材料，由此使表层（深度约0.050.20mm ）材料发 生循环塑性变形的过程。经受循环塑性变形的表层随材料的不同将发生以下一种或几种变 化：表层内形成残余压应力场；表层材料的亚结构（亚晶粒）尺寸和点阵畸变的变化；塑变诱导相变；塑变层内材料密度的变化。喷丸循环塑性变形引入材料表层的残余压应力场，与外施交变应力的拉应力在同一截面 叠加后，使材料承受的最大拉应力由表面移至亚表面位置。表面未喷丸强化试样的疲劳裂纹萌生于外表面，而经过喷丸表面形变强化的疲劳裂纹萌 生于次表层。理论分析证实，形变残余应力使疲劳裂纹萌生于材料次表面之后，即可获得比 表面疲劳极限高1.051.35倍的内部疲劳极限。表面喷丸强化是提高紧固件抗疲劳断裂的应力腐蚀、氢脆断裂的一种行之有效的表面强 化工艺。弹丸有铸钢丸、玻璃丸、陶瓷丸等，被强化紧固件表面粗糙度0.65p m2|j m， 可达到的表面粗糙度0.632.5p m，工件的使用可靠性、耐久性均可获得明显的改善和提 高。