弹簧喷丸

喷丸强化对不同材料零件的作用

高强度钢

有喷丸强化引入的残余压应力是最终拉应力强度的一个百分比，该比率随着零件材料本身强度/硬度增加而增加。高强度/硬度的金属更脆，且对表面缺陷更敏感。对其进行喷丸强化，能让这些高强度金属可以应用在易发生疲劳的工作条件下。飞机起落架通常设计的疲劳强度为300 ksi (2068 MPa)，结合喷丸强化。图2-1显示了喷丸强化与高强度金属应用的关系。

没经过喷丸强化的，机加工后的钢制零件在硬度为30 HRC.左右能取得最佳的疲劳属性。如材料强度/硬度超过这个水平，其疲劳强度会由于对表面缺口的敏感性和脆性增加而降低。通过导入的压应力，疲劳强度与增加的强度/硬度成比率提高。当材料硬度为52 HRC，强化后的疲劳强度可达144 ksi (993 MPa)，比未经过强化的同样材料抗疲劳强度增加了2倍多

利用喷丸强化改善高强度/硬度零件的典型应用包括对扳手和冲击工具等。此外，表面的浅刮痕对于经过喷丸强化的高强度钢的疲劳强度影响不大，而对于未经强化的则破坏性很大。

渗碳钢

渗碳和渗氮都是热处理过程，能让钢表面具有非常高的硬度。通常在55~62 HRC。渗碳钢强化的好处在于：

●在~200 ksi (1379 MPa)或更高的高应力水平下，能提供卓越的疲劳属性

●减少表面晶格间因氧化而造成渗碳异常情况

对于完全渗碳和渗氮处理过的零件，要取得最佳的抗疲劳属性，建议使用硬度为55-62 HRC 的丸料。

脱碳

脱碳是在热处理过程，铁合金表面碳含量减少。脱碳会降低高强度钢(240 ksi, 1650 MPa 或以上)的疲劳强度70-80%；能降低低强度钢(2140-150 ksi, 965-1030 MPa)的疲劳强度45-55%。脱碳对于疲劳属性的破坏力与脱碳层深度并无特别的关系。脱碳层在0.003英寸深度，其破坏力与0.030英寸深度是一样的。

强化工艺被证实为一种有效的方法，能恢复大部分由于脱碳过程损失的疲劳强度。因为多数零件的脱碳层不容易确定，所以当怀疑零件有脱碳情况时，建议对其进行强化处理以确保零件完好的抗疲劳属性。如果一个高硬度(58+ HRC)齿轮在强化后，表面呈现异常的严重凹陷，这可能被怀疑有脱碳存在。脱碳还经常伴有残余奥氏体的不良冶金状态。通过冷加工的喷丸强化，能减少残余奥氏体百分比。

奥贝球铁

改善过的奥贝球铁在一些工程领域，能替代铸钢、铸件、焊接件。它具有优良强重比和耐磨性。奥贝球铁在某些高强度应用条件下，也能取代铝，它的密度是铝的 2.5倍，而强度则是铝的3倍以上。通过喷丸强化，该材料的弯曲疲劳强度还能提高75%。某些等级的奥贝球铁经强化后，能媲比用于齿轮制造的渗碳钢。

铸铁

近年来，球墨铸铁件的需求逐年增加，因为它具有相对较高的抗疲劳载荷性能。球墨铸铁件通常是没经过机加工，用于需承受载荷应力工作状况下。铸件表面存在的缺陷，如气孔、

浮渣、片状石墨等都会相当程度地减低未经机加工的珠光体球铁的疲劳属性。根据铸铁件表面的缺陷状况，零件的疲劳极限严重的，会降低40%之多。

喷丸强化能改善表面存在小缺陷的铸铁件之疲劳属性。比如，柴油机缸体内衬护板件。在试验中使用了最大的强化强度，疲劳极限低于完全机加工过的零件样本疲劳极限6%左右。如果没有经过强化，疲劳极限低于完全机加工过的零件样本疲劳极限20%。此外，从外观看，经过强化的铸铁件表面呈现抛光效果，光泽、光滑。

铝合金

传统的高强度铝合金（2000系列和7000系列）由于其具有高强重比，早已普遍应用在航空领域。以下一些铝合金材料在航空/航天制造业方面的应用也逐渐增加，喷丸强化工艺对其也具有很好的效果：

●铝锂合金 (Al-Li)

●等向性金属基复合材料(MMC)

●铸铝 (Al-Si)

钛

高周弯曲疲劳(HCF) –图2-4所示的钛高周弯曲疲劳，比较了高性能欧洲赛车上所用的钛合金连杆之疲劳属性。通过喷丸强化，钛合金连杆比钢制连杆，重量减轻了40%而疲劳极限则增加了20%。低周弯曲疲劳(LCF) –图2-5显示了对一个旋转发动机零件上的燕尾槽进行喷丸强化后的结果。有2条未经强化的基准载荷曲线。使用了喷丸强化后，循环疲劳曲线明显改善

肽材料低周弯曲疲劳(LCF)最常见的应用是对于旋转涡轮发动机零件（如涡轮盘、转子、轴），

这些零件在喷丸强化后能提高耐用性。每一次的起飞和降落视为一个循环次数。

镁

镁合金通常不需要进行抗疲劳处理。但如果考虑到降低重量，改善零件强-重比的时，利用喷丸强化能提高零件25-35%的疲劳强度。

粉末冶金

合理的强化能延长合金烧结钢耐疲劳极限22%。汽车零件如齿轮、连杆是粉末冶金材质进行强化的典型应用，特别对于高密度的粉末冶金锻造件，强化以提高疲劳属性非常有效。通过喷丸强化，使表面致密化，能极大地提高疲劳极限度，特别适用于长期处于弯曲疲劳服役条件下的零件。

喷丸处理

喷丸处理也称喷丸强化，是提高零件疲劳寿命的有效方法之一，喷丸处理就是将高速弹丸流喷射到弹簧表面，使弹簧表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，由于弹簧表面压应力的存在，当弹簧承受载荷时可以抵消一部分抗应力，从而提高弹簧的疲劳强度。

喷丸是用来清除厚度不小于2mm的或不要求保持准确尺寸及轮廓的中型、大型金属制品以及铸锻件上的氧化皮、铁锈、型砂及旧漆膜。是表面涂(镀)覆前的一种清理方法。广泛用于大型造船厂、重型机械厂、汽车厂等。

喷丸强化是一个冷处理过程，它被广泛用于提高长期服役于高应力工况下金属零件，如飞机引擎压缩机叶片、机身结构件、汽车传动系统零件等的抗疲劳属性。

喷丸强化，是在一个完全控制的状态下，将无数小圆形称为钢丸的介质高速且连续喷射，捶打到零件表面，从而在表面产生一个残余压应力层。因为当每颗钢丸撞击金属零件上，宛如一个微型棒捶敲打表面，捶出小压痕或凹陷。为形成凹陷，金属表层必定会产生拉伸。表层下，压缩的晶粒试图将表面恢复到原来形状，从而产生一个高度压缩力作用下的半球。无数凹陷重叠形成均匀的残余压应力层。最终，零件在压应力层保护下，极大程度地改善了抗疲劳强度，延长了安全工作寿命。

喷丸又分为喷丸和喷砂。用喷丸进行表面处理，打击力大，清理效果明显。但喷丸对薄板工件的处理，容易使工件变形，且钢丸打击到工件表面（无论抛丸或喷丸）使金属基材产生变形，由于Fe3o4和Fe2o3没有塑性，破碎后剥离，而油膜与基材一同变形，所以对带有油污的工件，抛丸、喷丸无法彻底清除油污。在现有的工件表面处理方法中，清理效果最佳的还数喷砂清理。

喷砂适用于工件表面要求较高的清理。但是我国目前通用喷砂设备中多由铰龙、刮板、斗式提升机等原始笨重输砂机械组成。用户需要施建一个深地坑及做防水层来装置机械，建设费用高，维修工作量及维修费用极大，喷砂过程中产生大量的矽尘无法清除，严重影响操作工人的健康并污染环境。

喷丸强化分为一般喷丸和应力喷丸。一般处理时，钢板在自由状态下，用高速钢