喷丸处理是否提高齿轮的表面硬度
喷丸强化工艺及对齿轮的影响
２ ０ １ ６ 年 第３ ４ 期 Ｊ 科技 创新 与应 用
喷 丸强化 工艺 及 对齿轮 的影 响
杨 园 园
（ 中 国航 发哈 尔滨 东安 发动 机 公 司 ， 黑 龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ６ ６ ）
摘
要： 随着航空齿轮 的种类越 来越 多和性能要 求越 来越 高， 喷丸强化在齿轮加工中发挥着越来越重要 的作 用 作为一种工艺
图 １ Biblioteka 表面形成的角度。（ ７ ） 过喷区。与通过标准试片检验的强化喷丸表面相 邻的 不进 行检验 的喷丸表 面
１ ． ３弹丸 （ Ｉ ） 弹丸 的规 格 、 外形 及其它 技术要求 应符合 Ｇ Ｂ ６ ４ ８ ４ ， 弹丸要尽 量 选择球形 的 ， 禁止侧 ｝ ｊ 带 有尖边 的 、 中空的或形状 规则 的弹丸 （ ２ ） 弹 丸的选择 原则 。 ａ 对表面光度 及形位公差 无严格要求 （ 或 非配合 表面 ） 的 大型零件 ， 可采用较大 尺寸的弹丸 以获得 较高 的喷丸强 度。ｂ ． 对表 面光 图 ２ 度要求较 高的零 件（ 包括 配合表 面 ） ． 应采用较 小尺寸 的弹丸 。ｃ ． 带有 内 ｅ ． 当从 曲线 上得到 的喷 丸强度 未满 足 要求 时 ， 则重新敢 一组 试 片 ． 外圆 角 、沟槽 的零 件 ，弹 丸直径 应小于 内￣ ＇ Ｉ － Ｎ角半径 和沟槽宽 度的一 凋整 丁芝参 数后 ， 按 以上 的步骤重新 试验 ， 直至得到 满 足要求 的 弧尚度 半。 曲线 。 １ ． ４喷丸强化 的设 备， ］ Ｉ 装 （ ３ ） 零件 的保护 。冈 中非喷丸 的表 面应进行保 护 ． 避免 这些表 血 浸 （ １ ） 喷 丸机 。喷 丸机主 要有两种 类型 ： 气 动式喷 丸机和 离心式 喷丸 到弹丸束的打击 损伤。当无法保护时， 必须使这 表面昭有足够的余 机： （ ２ ） 检验Ｊ ｛ ｊ 筛。 检验用筛应符合 Ｇ Ｂ ６ ０ ０ ３ ， 用它来检验弹丸尺寸 ， 将不 量 ， 以去掉 受到影 响的材料 。 合格的弹 丸过滤出 去， 每 次使 用完后 清理 干净 ， 保证筛 孑 Ｌ 不被堵 塞 。（ ３ ） ２喷 丸强化对齿 轮的影响 试片 除 了南特殊规 定外 ， 试片材料 为 ７ ０ 或６ ５ Ｍ ｎ 冷扎 弹簧钢 。 标准试 ２ ． １喷丸强化及 其对疲劳 的影响 片分 种类 型 ： Ｎ型 、 Ａ型 、 Ｃ型 ， 其规 格尺寸如表 １ ： 利Ｈ ｊ 以上 原理 ，通过 喷丸强 化在零 件表面 产生一 薄薄的高 残余 表 １ 应 力层 ， 而消除疲劳 失效的 （ ２ ） 过程 ． 即可抑制疲 劳裂纹 的扩展 ． ． 零 件削 面上 的应 力分布 可用图 ３ 表示 。 试片代号 尺寸：长×宽×高 ２ ． ２喷 丸强化对齿轮 传动 的影响 Ｎ 型 ７ ６ ×１ ９ × ０ ． ８ ±０ ． ０ ２ ＇ 喷 丸 强 化 用 于 传 动 齿 轮 主要 是 为 ｒ： （ １ ） 改 善 齿 根 网 角 的 疲 劳 强度 。（ ２ ） 提 高齿 面疲 劳寿命 ， 减少疲 劳点蚀 ． 增力 Ｉ 】 耐Ｊ ｛ ｛ 性。（ ３ ） 有助 于街 Ａ 型 ７ ６ ×１ ９ ×１ ． ３ ±Ｏ ． Ｏ ２ 轮或传 动系统的润 滑。（ ４ ） 喷丸 可以消除 机械加１ 街面上形成 的横向 Ｃ 型 ７ ６ ×１ ９Ｘ ２ ． ４ ±０ ． ０ ２ 连续刀痕 。 弧 高度测具 ： 测 艟标准 试片弧 高度值 的标 准弧 高度测具 ， 其结构 及 ２ ． ３提高齿 轮的耐 久性 与抗点 蚀疲劳 尺寸应 符合 如图 １ 所， Ｊ ｊ 喷 丸强化也 可以改善街 表面疲劳寿命 街轮 啮合时 ， 半行于齿 的 １ ． ５喷 丸过 程要求 次表 面的剪切应 力使齿 部 出现 疲 点 蚀 由于两 街轮 是沿着 线 ｌ ｒ ｌ 滚 （ Ｉ ） 喷 丸前零 件状态 。需 要喷 丸强化 的表面 应清除像 黄油 ， 矿物 油 动啮合， 在节圆上下所产生的滑差可能高达 ４ ０ ％。这种滑动 町能在『 ｆ 合 等污物 。 而 且不应有 阳极化 膜 ， 电镀膜 ， 涂层 等那样的表 面附着层 需要 表面下面约 ０ ． １ ５ ｍ ｍ 处产生细微 裂纹 这 裂纹 向表面扩展 至陔金属 小 喷 丸强化 的表面内腔 应光滑过渡 并且尖边应倒 圆 。 （ ２ ） ＿ Ｔ艺 参数的确 定。 楔块 破裂脱 落便 形成 蚀 疲坑 。由于裂纹 不能 向』 ＝ ｌ 城 力层 内扩展 ， ｍ 喷 ｒ 艺参数主要包括 ： 弹丸直径 、 弹丸速度 、 弹丸流量 、 喷射角度、 喷射距 丸强 化可 以得 到 ０ ． １ ８ ａ ｒ ｍ － － ０ ． ２ ０ ａ ｒ ｍ厚的压应 力层 ，所 以喷丸强化能 够防 离、 喷 丸时 间 、 风压 、 零 件转速 和移动 速度 、 喷嘴 的移动 速度 和移 动行程 止点 蚀疲劳 。 等 内容 ， 确定 ＿ １ 二 艺参 数按下述 步骤进 行 ： ａ 将喷 丸试片装 在试 片夹 具上 ， ２ ． ４喷丸强化 可以 去除连续 刀痕 使其处于与零件喷丸部位相同的位置… ｂ 现估 汁一组参数ｉ Ｊ 爿 整喷： Ｌ ￣ Ｊ ｌ 齿 轮加工 中在齿 面上 现 的连续 刀痕 ， 可 能会 导致 齿轮断齿 火效 。 对试片进 行一定时 间的喷 丸后卸 下 ，用弧 高度测 具测量 试片 的弧高度 喷丸 强化可 以作 为将齿 面刀痕改善 到“ 允许” 状念的一种技 术 。 值， 并 且观察表 面覆 盖率 。 ｄ ． 对一组 试片 ， 选取 不同时间重 复 ａ 、 ｂ 、 ｃ ， 以便 ３结束 语 获得数个试验数据（ 一般取 ６ － １ ０片喷丸 ） ， 按所获得的数据， 作｝ ｛ Ｉ 如图的 喷 丸ｊ 虽 化通常 用于如下情况 ： （ １ ） Ｎ￣ Ｉ Ｉ 疲 劳强Ｊ ｛ ￡ （ ２ ） 减 少造成 轮 弧高度 曲线 ． 由曲线 上的饱和点 来确定喷 丸强度 。 耐用性 能降低的点 蚀疲 劳 ， 提 高 轮使刚 寿命。 （ ３ ） 仃助于齿轮 润滑 、 （ ４ ）
喷丸强化对20CrMnTi渗碳齿轮组织和性能影响
喷丸强化对20CrMnTi渗碳齿轮组织和性能影响马安博【摘要】The paper used shot-peening to strengthen the layer of the20CrMnTi carburizing gears.The microhardness,residual stress,retained austenite,roughness,contact fatigue and fracture surface of unpeened and shot-peening specimens were studied by the microhardness tester,X-ray stress analyzer,surface roughness meter,X-ray diffractometer and SEM.The results show that shot-peening can significantly improve the residual compressive stress on the specimen surface,the amount of residual austenite decreases,and the surface microhardness increases.And also shot-peening can increase the roughness and improve contact fatigue.%采用强力喷丸工艺对20CrMnTi钢渗碳齿轮试样进行了表面强化处理.利用硬度仪、X射线应力分析仪、表面粗糙度仪、X射线衍射仪和扫描电镜,分别测试分析了试样处理前后的显微硬度、残余应力、表面粗糙度、残余奥氏体含量、接触疲劳强度和疲劳断口形貌.结果表明:喷丸强化可显著提高试样表面的残余压应力,残余奥氏体量减少,表层显微硬度增加,表面粗糙度有不同程度增大,接触疲劳强度明显提高.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】4页(P32-35)【关键词】喷丸强化;残余应力;表面粗糙度【作者】马安博【作者单位】西安航空职业技术学院,陕西西安710089【正文语种】中文【中图分类】TG156.5齿轮是机械中广泛采用的传动零件之一。
喷丸处理是否提高齿轮的表面硬度
喷丸处理是否提高齿轮的表面硬度？研究了喷丸参数对残余压应力的影响，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后进行应力松驰低温回火所对应的残余应力场。
关键词：喷丸强化,残余应力,低温回火1 引言喷丸强度通常采用弧高值法，即根据试片弧高值与同等条件下金属表面内应力间有对应关系这一原理来测定的。
这个方法的不足之处是不能精确测量距表面50μm以内的内应力值。
而对材料的疲劳寿命起决定性作用的恰恰是此表面层内的内应力值。
我们采用RICH SEIFERT&Co公司的7轴衍射（7-Axes-Diffractometer）X射线应力分析仪，就喷丸参数对残余内应力的影响进行了研究，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后经低温回火使应力松弛所对应的残余应力场。
2 试验材料和方法2.1 试验材料试验采用上海汽车齿轮总厂生产的桑塔纳轿车变速箱一档从动齿，材料为25MoCr5钢，化学成分见表1。
2.2 热处理工艺及喷丸工艺齿轮在上海汽车齿轮总厂的Aichelin多用炉中渗碳处理，碳势1%，温度900℃，淬火油温70℃（G 油），回火170℃，在叶轮式抛丸机（wheel labrator）上进行喷丸处理。
2.3 组织形貌、硬度及应力测定在RICH SERFERT&Co公司的X射线应力分析仪上测定残余应力沿层深分布，显微硬度在AKASI MVK-E上测量，载荷砝码50g。
每一深度测3次，取平均值。
用日立S-500型扫描电镜和蔡氏NEOPHOT-21型光学显微镜进行显微组织分析。
残留奥氏体量在理学电机(Rigaku)株式会社的转靶X射线衍射仪上测定。
3 试验结果及分析3.1 喷丸参数对残余压应力的影响改变喷丸时间，并保持喷丸速度为2900r/min，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图1所示。
改变喷丸速度，并保持喷丸时间15s，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图2所示。
图1 残余应力随时间的变化规律图2 残余应力随转速的变化规律由图1看出，随着喷丸时间的增加，距试样表层5μm、25μm、50μm处的残余压应力都逐渐增加，在10s以后，25μm深处的残余应力的递增速度超过5μm处。
喷丸的原理与应用
喷丸的原理与应用喷丸是一种表面处理技术，通过高速喷射颗粒或颗粒流撞击工件表面，以去除表面杂质，改善表面质量和增加表面硬度的方法。
其原理主要涉及颗粒动能、颗粒形状和撞击角度等因素的相互作用。
1.颗粒动能：喷丸设备通过高速喷射颗粒或颗粒流，使其具有较高的动能。
当颗粒撞击工件表面时，动能转化为变形能量和热量。
变形能量可使工件表面结构发生改变，而热量则有助于改变表面硬化和残余应力分布。
2.颗粒形状：颗粒形状对喷丸效果有重要影响。
常见的颗粒形状包括球形、角状、锥形等。
不同形状的颗粒在撞击表面时会产生不同的切削和挤压作用，从而影响表面的去除效果和表面质量。
3.撞击角度：撞击角度是指颗粒与工件表面的夹角。
不同的撞击角度会产生不同的撞击力和撞击强度。
一般来说，较小的撞击角度可以提高颗粒对表面杂质的去除能力，而较大的撞击角度则有助于改善表面硬度和残余应力分布。
喷丸技术具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1.表面清洁：喷丸可以有效地去除工件表面的氧化皮、锈蚀、毛刺等杂质，从而使表面更加清洁、光滑和均匀。
2.表面改良：喷丸可以通过改变工件表面的形貌和结构，从而实现表面强化和改进。
例如，喷丸可以增加工件表面的粗糙度，提高涂层附着力，增加表面硬度和耐磨性。
3.表面修复：喷丸可以修复受损或磨损的工件表面。
例如，通过选择合适的喷丸介质和参数，可以修复发动机缸体、轴承座和齿轮等零部件的表面。
4.去应力、改善表面处理效果：喷丸可以去除工件表面的残余应力，并改变表面的组织和应力状态，从而提高工件的耐腐蚀性能、疲劳寿命和抗应力腐蚀性能。
5.预处理和涂装：喷丸可以作为表面预处理的一环，用于清除旧涂层、氧化皮等，为涂装提供均匀的表面。
同时，喷丸还可以改善涂层的附着力和抗腐蚀性能。
6.金属废料回收：喷丸可以用于回收废弃的金属材料。
通过喷丸可以去除金属表面的氧化皮、涂层等杂质，从而恢复金属的原始性质，减少资源浪费。
综上所述，喷丸作为一种表面处理技术，通过高速喷射颗粒或颗粒流撞击工件表面，可以实现表面清洁、改良、修复，去除残余应力等多种功能，广泛应用于金属加工、航空航天、汽车制造、钢结构、电力设备等领域。
强力喷丸对合金渗碳齿轮表面接触疲劳强度的影响
从表 1 和图 3 可看出， 在不同强度的喷丸作用
下，试样表面的接触疲劳强度是不一样的。当喷丸强
度较低时，随喷丸时间延长或喷射速度的增加，试样 表层硬度、残余压应力值、残留奥氏体转变为马氏体
表 1 不同喷丸参数下的接触疲劳强度 Tab.1 Contact fatigue strength of sample shot peening
下半月出版
Material & Heat Treatment 材料热处理技术
强力喷丸对合金渗碳齿轮表面接触 疲劳强度的影响
匡建新 1, 汪新衡 1, 刘世军 2
(1. 湖南工学院 机械系, 湖南 衡阳 421102; 2. 株州车辆厂 技术处, 湖南 株州 412000)
摘 要：通过对合金渗碳齿轮试片进行多次强力喷丸试验， 研究了不同喷丸参数下的强力喷丸效果及喷丸后的低
[2] 刘 海． 电 弧 离 子 镀 氮 化 铬 涂 层 的 组 织 结 构 及 性 能 研 究[D]． 长 春 ：吉 林 大 学 ，2006．
[3] 冯长杰，辛丽，李明升，等．电弧离子镀梯度(Ti，Al)N 薄膜的结 构 与 抗 氧 化 性 能 [J]．中 国 腐 蚀 与 防 护 学 报 ，2008，28(1)：1-5．
本文对 20CrMnTi 钢齿轮渗碳后淬火、 低温回 火，然后进行不同强度的喷丸处理，其中一些试样喷 丸后还进行了低温时效； 对比分析了各种处理条件
收 稿 日 期 :2010-03-10 作者简介:匡建新(1973- ),男,湖南祁东人,副教授,硕士,主要从事金属
材料及加工工艺的教学和科研工作; 电 话 :0734-2586686;E-mail:wxinheng@
with different parameters
齿轮表面喷丸强化的工艺试验
１ 齿 面 喷 丸 强 化 工 艺 简 述
喷 丸强化 工艺 是提 高齿轮 疲劳 强度 的方法 之一 。 通 过 喷丸 强 化能 提 高齿 面疲 劳 寿命 ，消 除机 加 工 刀
痕 产 生 的 内应力 ， 改善 润 滑性 能 。 齿 面喷 丸强 化 是 以压 缩 空气 为 动力 ，选 用 细球
维普资讯
主持人 ： 张禾／ 艺 ・ 料 工 材
齿 轮 表 面 喷 丸 强 化 的 工 艺 试 验
冯 琴 （ 西 宜春齿 轮 制 造有 限公 司） 江
摘要 ： 喷丸强化工艺是提 高摩托车渗碳齿轮表面疲 劳强度的方法之一 ， 喷丸工艺参数的合理
选择 很 重要 ， 产 时应 防止 过度 喷 丸 ， 选择 硬 而韧 的 丸料 。 生 要
时 间
ｍ ｌ ｎ ４ ８
丸 粒 硬 度 丸 粒速 度 表 面 硬 度
ＨＲＣ ４８ ５ ～ ５ ４８ ５ ～ ５ ｍ， Ｓ ６ ０ ６ ０ ＨＲＡ ８ｌ ～８１ ５ ． ８１ ５ ８ ． ～ ２
国 内外 摩 托 车上 的渗 碳 齿 轮绝 大 多数 都 采用 齿 轮表
面喷 丸强 化 处理 。
ｂ 热 处 理 工 艺 ：齿 轮在 台 湾 三永 公 司生 产 的 ．
Ｓ ８ ５４ 续式 网带炉 中渗碳 处理 ， Ｙ．０ —连 淬碳 热处理 工艺 参 数 见表 ｌ 。
表 １ 渗碳 热处理炉 内区段 的工艺参数
件 内 ， 据 裂纹 扩 展理 论 ， 纹不 会 扩展 到 压应 力层 根 裂
Ｃ 喷 丸工 艺 ： Ｑ３２ Ｂ型转 台式 抛 丸机 上进 ． 在 ５５ 行 喷 丸处 理 ， 丸处 理 参 数见 表 ２ 喷 。
抛丸、喷丸、喷砂等表面处理工艺简介
抛丸抛丸(pāo wán) 英文名：shot blast抛丸是一种机械方面的表面处理工艺的名称，类似的工艺还有喷砂和喷丸。
抛丸的原理是用电动机带动叶轮体旋转(直接带动或用V型皮带传动)，靠离心力的作用，将直径约在0.2～3.0的弹丸(有铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸等不同类型)抛向工件的表面，使工件的表面达到一定的粗造度，使工件变得美观，或者改变工件的焊接拉应力为压应力，提高工件的使用寿命。
通过提高工件表面的粗糙度，也提高了工件后续喷漆的漆膜附着力。
抛丸这种工艺几乎用于机械的大多数领域，如修造船、汽车零部件、飞机部件、枪炮坦克表面、桥梁、钢结构、玻璃、钢板型材、管道内外壁防腐甚至道路表面等等行业。
原理抛丸的原理抛丸是靠叶轮高速旋转，将在叶轮中心的磨料，经过调流块(Regulator)及叶轮推动器(Impeller)预加速，送入叶片区再将磨料高速抛出，速度可超过100m/s，由于抛丸覆盖范围较大，所以不需利用气压，能源效益远高于喷枪。
叶轮是抛丸机的心脏，由电动马达直接或间接驱动，每家叶轮生产商均有独特的设计，主要分为单碟和双碟叶轮。
每片叶轮可装上4至8块叶片。
单碟叶轮较轻及设计成弧形叶片；双碟式叶轮较重，但较易装卸叶片及准确控制抛出磨料。
叶片的形状有直身或弧形设计，直身叶片设计简单，可独立装卸，虽然这种叶片设计可清理的范围(见下文)较小和抛出速度较低，但由于成本低，因此较为普遍。
弧形叶片较难装卸和成本较高，但可清理的范围较大及抛出速度较高。
另外，叶轮在抛丸室的摆放位置亦很重要，如覆盖范围、与工件距离、工件移动范围、受磨料二次反弹或其它叶轮的相互覆盖范围、保养更换的方便性等。
经验显示倾斜的叶轮对工件覆盖较好，而数个小功率叶轮较一个大功率叶轮在运作时会较灵活和效果更佳。
抛丸工艺损耗性很高，其中包括叶轮和内衬钢板等会较易磨损，因此它们的寿命对生产工序很重要。
高铬铸钢叶轮如使用48HRC硬度的钢砂，寿命约为800小时，钢丸则为1500小时。
喷丸工艺
实践证明，强力喷丸工艺是提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要方法，是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮寿命的重要途径。
强力喷丸工艺最早产生于20世纪20年代，主要应用在军事领域。
随着应用范围的推广，强力喷丸工艺提高齿轮疲劳强度和寿命的能力已被很多企业所证实。
工作原理强力喷丸工艺主要是利用高速喷射的细小钢丸在室温下撞击受喷工件表面，使工件表层材料产生弹塑性变形并呈现较高的残余压应力，从而提高工件表面强度及疲劳强度。
喷丸一方面使零件表面发生弹性变形，同时也产生了大量孪晶和位错，使材料表面发生加工强化。
喷丸对表面形貌和性能的影响主要表现在改变零件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件的疲劳寿命。
零件的材料表层在钢丸束的冲击下发生循环塑性变形。
根据材料的性质和状态的不同，喷丸后材料的表层将发生以下变化：硬度变化、组织结构的变化、相转变、表层残余应力场的形成、表面粗糙度的变化等。
喷丸强度的测量方法当一块金属片接受钢丸流的喷击时会产生弯曲。
饱和状态和喷丸强度是喷丸加工工艺中的两个重要概念。
饱和状态是指在同一条件下继续喷击而不再改变受喷区域机械特性时的状态。
所谓喷丸强度，就是通过打击预制成一定规格的金属片（即试片），在规定的时间使之达到饱和状态的强弱程度，并用试片弯曲的弧高值来度量其喷击的强弱程度。
目前，应用最广的美国机动车工程学会喷丸标准中采用阿尔曼提出的喷丸强化检验法——弧高度法，该方法由美国GM公司的J. O. Almen（阿尔门）提出，并由SAEJ442a和SAE 443标准规定的测量方法，其要点是用一定规格的弹簧钢试片通过检测喷丸强化后的形状变化来反映喷丸效果。
对薄板试片进行单面喷丸时，由于表面层在弹丸作用下产生参与拉伸形变，所以薄板向喷丸面呈球面弯曲。
通常在一定跨度距离上测量球面的弧高度值，用其来度量喷丸的强度。
测定弧高度值是通过将阿尔门试片固定在专用夹具上，经喷丸后，再取下试片，然后用阿尔门量规测量试片经单面喷丸作用下产生的参与拉伸形变量（即弧高度值）。
喷丸处理名词解释
喷丸处理名词解释喷丸处理是一种常用于表面处理的工艺，通过高速喷射磨料颗粒（通常为金属、瓷砂、玻璃珠等）对被处理物体进行冲击磨削，以达到清洁表面、强化材料、改善工件表面性能的效果。
喷丸处理主要应用于金属制造、汽车制造、航空航天等行业。
一、喷丸处理过程喷丸处理通常使用喷砂机进行，喷砂机由压缩空气或机械动力驱动，在高速的喷射流中催动磨料颗粒。
喷射磨料以高速冲击在被处理物体表面，瞬间去除表面的污垢、氧化层或涂层。
同时，磨料颗粒的冲击力还可以使金属表面产生塑性变形，消除应力集中，提高材料的表面质量。
二、喷丸处理的优势1. 清洁表面：喷丸处理可以将杂质、氧化层和油脂等污垢彻底清除，使金属表面达到洁净状态。
这为后续的涂装、防腐等工艺提供了良好的基础。
2. 强化材料：喷丸处理可以使材料表面产生塑性变形，并形成一定的压应力层。
这种压应力层能够提高金属的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，延长材料的使用寿命。
3. 改善表面性能：喷丸处理可以改变材料表面的粗糙度和表面形貌。
通过选择适当的喷砂工艺参数，可以实现表面的去毛刺、去毛化，增加表面的附着力，提高材料的表面质量。
4. 提高工件工艺性能：喷丸处理可以消除金属工件上的应力集中，减少裂纹和断裂的产生。
同时，通过改变喷砂时磨料颗粒的大小、形状和密度等参数，还可以调控材料的表面硬度，提高材料的机械性能。
三、喷丸处理的应用领域喷丸处理广泛应用于各个行业，主要包括以下几个方面：1. 金属制造：喷丸处理在金属制造行业中被广泛用于清洁金属表面、去除氧化层、除去焊渣等。
例如，钢铁制造中的钢板、钢管、钢板焊接缝等都需要进行喷丸处理，以提高材料表面的质量。
2. 汽车制造：喷丸处理在汽车制造中应用广泛。
例如，汽车发动机的缸体、曲轴和齿轮等关键零部件经过喷丸处理后可以消除应力集中，提高材料的强度和硬度，增加其使用寿命。
3. 航空航天：在航空航天领域，喷丸处理被用于航空发动机的涡轮叶片、压气机叶片等关键部件的表面处理，以提高其抗疲劳性能和耐腐蚀性能。
采用喷丸强化工艺提高汽车后桥主被动齿轮疲劳寿命
采用喷丸强化工艺提高汽车后桥主被动齿轮疲劳寿命摘要：本文主要介绍了采用喷丸强化工艺提高汽车后桥主被动齿轮疲劳寿命的研究。
通过对比实验和性能测试，证明了喷丸强化可以大幅度提高汽车后桥主被动齿轮的疲劳寿命。
喷丸强化技术不仅可以增强材料的硬度和强度，还可以减少表面裂纹和粘合，从而有效地提高汽车后桥主被动齿轮的耐疲劳性能。
本文的研究对提高汽车后桥主被动齿轮的寿命和可靠性具有重要意义。
关键词：喷丸强化；汽车后桥；主被动齿轮；疲劳寿命；可靠性引言：汽车后桥主被动齿轮是整个后桥的核心组成部分，其负责传递动力和承担车辆的载荷，因此其性能和寿命对汽车的安全性和可靠性至关重要。
然而，长期的疲劳加剧和强烈的摩擦力会导致齿轮传动系统出现裂纹、锈蚀和磨损等问题，这些问题对汽车后桥主被动齿轮的使用寿命和可靠性产生负面影响。
因此，寻求一种有效的技术手段提高汽车后桥主被动齿轮的疲劳寿命和可靠性，对于提高汽车的品质和服务质量具有重要意义。
研究方法：本文采用实验与测试相结合的方法研究喷丸强化技术对汽车后桥主被动齿轮的疲劳寿命和可靠性的影响。
首先，我们选取不同硬度的颗粒喷向样品表面，并对样品进行形态和结构分析。
然后，我们对喷丸处理前后的样品进行硬度、抗拉强度和磨损等性能测试，以验证喷丸强化技术对材料性能的影响。
最后，我们设计了疲劳试验系统对喷丸处理前后的样品进行疲劳试验，以分析喷丸强化对汽车后桥主被动齿轮的疲劳寿命和可靠性的影响。
研究结果：经过实验和测试，我们得出以下主要结论：1.喷丸强化技术可以增强样品材料的硬度和抗拉强度。
不同硬度和大小的颗粒会在样品表面形成不同的纹理和残余应力，从而形成喷丸强化层。
该层可以有效阻碍裂纹和磨损，同时保持样品的弹性和韧性。
2.喷丸强化技术可以有效减少样品表面的裂纹和粘合。
由于喷丸强化层可以提高材料的硬度和强度，它们可以在一定程度上阻碍表面的裂纹和粘合，从而使样品更加耐用。
3.喷丸强化技术可以显著提高汽车后桥主被动齿轮的疲劳寿命。
齿轮喷丸
我国齿轮制造技术现状及喷丸工艺作用青岛青特集团有限公司许威夷齿轮制造现状随着我国市场经济的不断完善，国民经济的快速增长，我国已成为世界制造业大国。
齿轮，作为机械工业的重要基础零部件，在改革开放30年来，其技术伴随着国民经济的快速发展也取得了长足的进步。
特别是近几年来，在汽车、风电、高铁和基础设施的快速拉动下，齿轮行业再次呈现快速发展之势，2009年齿轮行业年销售总额高达1260亿元。
据中国齿轮专业协会预测，到2010年底，我国齿轮市场总需求将超过1400亿元，相比2005年的683亿元，增加了一倍多。
中国已成为名副其实的世界齿轮制造大国，成为世界第三大齿轮制造国。
齿轮行业市场总体可以分为三大市场，即车辆齿轮市场；通用工业齿轮；专用工业齿轮。
其中车辆齿轮占齿轮市场总额的62%，汽车齿轮又占车辆齿轮的62%，即汽车齿轮占整个齿轮市场近40%的比重，成为齿轮行业最大的市场。
虽说我国已成为世界齿轮大国，然正像齿协秘书长所说，我们还不是齿轮强国，我国齿轮行业在产品质量、产品设计、工艺开发、制造装备和检测试验等综合技术水平上只相当于发达国家上世纪九十年代中后期水平，落后其十到十五年。
齿轮行业内，中低端产品产能过剩，产业链比较分散，低水平、低价位恶性竞争激烈。
以重型汽车的驱动桥驱动锥齿轮为例，台架试验寿命极低，大部分在10-20万次左右，很难达不到50万次的合格标准要求，且实际使用寿命也只是国外同类产品的30%-50%。
在使用过程中，打齿、脱皮情况严重，约有近3%左右的汽车后桥锥齿轮不到3个月的三包期就失效了，给用户带来巨大的经济损失。
每年汽车驱动桥锥齿轮配件的需求量就高达100多个亿。
因此提高齿轮的抗疲劳性，延长齿轮的使用寿命已成为行业迫不及待需要解决的首要任务和重大课题。
2009年7月由中国工程院12位院士联名向总理建议将¡抗疲劳制造与长寿命关键基础件研究¡作为中国机械制造关键基础件赶超国际先进的共性基础技术专项研究；中国工程院又联合九个专业协会，其中包括中国齿轮专业协会，将齿轮产品这一抗疲劳制造与长寿命关键基础件作为研究项目进行论证。
喷丸强化对齿轮传动特性的影响
法 ，具有设备简单 、成本低廉 、生产效率高 、强化 效 果 明 显等 优 点 ．常被 应 用 于硬齿 面 齿轮 加 一 ｒＴ艺 中 。但 是 ，高 质 量 的齿 轮 传 动不 只是 承 载 能 力 高 、
使 用 寿命 长 ，还 要求 其 传 动平稳 、噪声 小 。 本 文主
要采 用 对 比试验 方 法研 究喷 丸 强 化 齿轮 的疲劳 性 能 振 动特性 １ 齿轮 对 比试 验
本试 验 在功 率流 封 闭式齿 轮 疲 劳试 验 台上 ．采
用 快 速 齿轮 疲 劳 试验 方 法 ．即罗 卡提 （ Ｌ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ）ｌ 】 方
法 ，对相 同材料 的 未喷 丸齿 轮 和喷 丸强 化 齿轮 进 行 接 触疲 劳试 验 。试验 过 程 中 ，采 用 时域 与 频域 综 合 方 式 ，全 程 实时 监测 扭 矩 、转 速 、振 动 、噪声 、油 温 等 变化情 况 ，对齿 轮传 动状 态 进 行跟踪 ，并 采 集 相 应 的数据 １ ）试验 齿 轮 为 标 准 渐 开线 直 齿 圆柱 齿 轮 ，齿
齿 面硬度 为 ５ ８ Ｈ Ｒ Ｃ ～ ６ ４ Ｈ Ｒ Ｃ：精度 等级 为 ６级 。 ２ ）试 验 装 置 。 一 是试 验 台及 传感 器 ：试 验 是 在太 原 理Ｔ 大学 齿 轮研 究所 的电功 率 流封 闭式 齿 轮 试验 台 上完 成 试验 时 改 变输 入转 速 和 负载 ．可 获 得不 同转 速 和负 载 ＿ 【 二 况 下齿 轮 箱 的动 态数 据 。转 矩 转 速 传 感 器 在线 监 测 齿 轮 的转 速 和 扭 矩 ：压 电式 Ｉ Ｅ Ｐ Ｅ传 感 器 （ １号 ～ ８号 ） 、噪 声 传 感 器 （ ９号 ～ ｌ ０ 号） 、温 度 传 感器 （ １ １ 号） 和信 号采 集 仪 等 为动 态 特 性 测试 采 集数据 齿 轮箱 及传 感器 布置 情况 见图 ｌ 。 二是试 验齿 轮 的安 装 ：试验 齿轮 齿 宽 ２ ９ ｍｍ，试 验
轮齿表面强化喷丸及应用
轮齿表面强化喷丸及应用
轮齿是机械中常见的传动部件，其表面强度决定了传动的可靠性和寿命。
为了增强轮齿表面的强度和耐磨性，常采用喷丸技术进行表面强化处理。
轮齿表面强化喷丸是通过喷射高速喷丸流体，将高速运动的颗粒冲击在轮齿表面上，产生压应力和塑性变形，进而提高其表面强度。
喷丸流体中常使用的颗粒材料包括钢球、圆锆砂等。
轮齿表面强化喷丸的应用主要体现在以下几个方面：
1. 提高轮齿的疲劳寿命：喷丸可以消除轮齿表面的应力集中，增加表面的压应力，有效提高轮齿的疲劳寿命，降低疲劳断裂的风险。
2. 增强轮齿的耐磨性：喷丸能够使轮齿表面形成一定的硬化层和压痕，提高轮齿的硬度和耐磨性，延长使用寿命。
3. 改善轮齿的齿面质量：通过喷丸可以去除轮齿表面的氧化物、油污和锈蚀物，使得轮齿表面更加平整和洁净，提高齿轮的精度和运行的平稳性。
4. 修复轮齿的缺陷：喷丸还可以修复轮齿表面的裂纹、腐蚀和磨损等缺陷，延长轮齿的使用寿命。
总之，轮齿表面强化喷丸可以有效提高轮齿的耐磨性、疲劳寿命和传动效率，提高机械传动系统的可靠性和寿命。
喷丸法使齿轮齿面得到强化的原理
喷丸法使齿轮齿面得到强化的原理齿轮作为一种常见的机械传动装置，在机械行业中扮演着非常重要的角色。
而齿轮传动的性能，往往与齿轮齿面的强度和耐磨性息息相关。
为了提高齿轮齿面的强度，喷丸法被广泛运用在齿轮制造中。
那么，喷丸法具体是如何使齿轮齿面得到强化的呢？一、喷丸法的基本原理喷丸法，顾名思义，是指将高速流动的金属颗粒或磨料颗粒，通过喷砂喷丸机喷射到齿轮齿面上，以达到去除表面氧化皮、锈蚀物和机械加工余余量，改善表面质量的一种工艺。
对于齿轮来说，喷丸法的主要目的是增加齿轮齿面的强度，并提高其耐磨性。
二、喷丸法的原理1. 去除表面缺陷在制造过程中，齿轮的表面可能会存在氧化皮、锈蚀和其他机械加工残余物，这些对于齿轮的强度和耐磨性来说都是不利的。
喷丸法可以有效地去除表面缺陷，使齿轮齿面更加光滑均匀，减少了表面起伏和微小裂纹的存在，从而提高了齿轮的疲劳强度和耐磨性。
2. 表面强化在喷丸过程中，高速流动的金属颗粒或磨料颗粒会不断地撞击齿轮齿面，齿轮齿面上的晶粒会发生塑性变形，形成了类似冷加工的强化效应。
这种强化效应可以使齿轮齿面的硬度得到提高，从而增加了齿轮齿面的强度，延长了齿轮的使用寿命。
三、喷丸法的优势1. 高效性喷丸法是一种高效的表面处理工艺，能够在较短的时间内完成对齿轮齿面的处理，适用于批量生产。
2. 环保性相比于化学处理方法，喷丸法不需要使用大量的化学溶剂和腐蚀剂，减少了对环境的污染。
3. 经济性喷丸法在齿轮制造中的应用成本相对较低，且能够有效提高齿轮的使用性能，具有较高的性价比。
四、我的个人观点和理解喷丸法作为一种常见的表面处理工艺，对于齿轮齿面的强化具有非常重要的意义。
通过喷丸法的处理，不仅可以提高齿轮齿面的强度和耐磨性，延长其使用寿命，还可以改善齿轮的整体性能，提高传动效率。
在齿轮制造领域，喷丸法的应用前景十分广阔。
总结回顾：喷丸法通过去除表面缺陷、增强表面强度和改善表面质量，使得齿轮齿面得到了有效的强化，提高了其整体性能和耐久度。
喷丸对渗碳齿轮表层组织的影响
明：强化喷丸会使渗碳齿轮表面形成一层塑性变形层 ， 可以有效地提高齿轮表面的耐磨性 ， 并 使表层硬度提高 、抗扭强度减小 ，有利于提高齿轮的抗疲劳寿命。
关键词 ：齿轮 ；渗碳 ；喷丸 ；塑性变形
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｒ ｓ ｔ ｔ ｄ ｉ ｌ ｎ ｌｚ ｄｔ ｅ ２ Ｃｒ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｐ ｅ ｅｎ ｕ ｙ ｍａ ｎ ｙａ ａ ｙ ｅ ０ ＭｏＨ ｃ ｕ ｏ ｉｅ ｔ ｅ ｓ ｄ ｂ ｕ ｏ ｓ ｈ ａ ｂ ｎｚ ｄ ｓｅ ｌ ｅ ｙ ａ ｔ ｍｏｂｌ ｅ ｒ ｕ ｉ ｇ ａ． ｅ
ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓ Ｉ ｃ ｒ ｏ ｉ ｅ ａ ｅｒ ｎ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆ ａ ｂ ｎ ｚ ｄ ｌ ｙ ｒ ｎ ｅ ｔ ａ ｅ Ｔｈ ｅ ｕｌ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈ ｕ ｆ ｃ ｉ ｗｅ ｅ ｉ ｖ ｓ ｉ ｔ ｄ． ｅ ｒ ｓ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｓ ｒ ｅ Ｉ ｇ ｓ ｔ ａ ｆ
其工 艺 方法 包括 喷 丸 、滚 压和 内孔 挤 压 等 。 喷 丸 工艺 主 要 是利 用高 速 喷射 的 细小 弹 丸 ， 室温 下撞 击 在 受 喷工 件 表面 ， 工 件表 层 材料 产生 弹 塑性 变形 ， 使 并呈 现较 高 的 残余 压 应力 ，从 而提 高 工件 表 面强 度 及疲 劳 强度 。
般 情 况 Ｆ，机 械 零 件 工 作 中 表面 所 受 到 的应 力 比内 部
高 ， 以疲 劳失 效往 往 从零 件 表面 开 始 ， 所 因此 改 善和 提 高材 料
喷丸的原理和应用
喷丸的原理和应用1. 喷丸的原理喷丸是一种通过将高速流动的颗粒物质（常用的是钢丸）喷射到被处理物体表面，以实现去除污垢、增加表面粗糙度、改善表面质量等效果的表面处理方法。
喷丸的原理主要包括以下几个方面：1.1 动能转换喷丸过程中，钢丸以高速撞击被处理物体表面，通过动能的转换，使表面污垢、氧化层等杂质从被处理物体上剥离。
1.2 表面改性喷丸过程中，钢丸的撞击可以在一定程度上改变被处理物体表面的形貌和物理性质，例如增加表面粗糙度、提高表面硬度等。
这对于一些特殊场合的表面处理非常有用。
1.3 去除应力喷丸可以去除金属材料表面的应力，提高材料的抗疲劳性能和延展性。
2. 喷丸的应用喷丸在许多行业中都有广泛的应用，下面列举了一些主要的应用领域：2.1 制造业•轮船建造：喷丸可以用于清除船体表面的污垢和氧化层，为后续的防腐处理提供良好的基础。
同时，喷丸还可以增加船体表面的粗糙度，提高涂层的附着力。
•汽车制造：喷丸可以用于清除零部件表面的污垢和氧化层，提高涂层的附着力。
喷丸还可以改变零部件表面的形貌和物理性质，增加耐磨性和抗疲劳性能。
•钢铁制造：喷丸可以清除钢材表面的氧化层和锈蚀，提高钢材的质量。
喷丸还可以改变钢材表面的形貌，增加表面粗糙度，提高涂层的附着力。
2.2 航空航天•飞机维修：喷丸可以用于清除飞机表面的污垢和氧化层，提高涂层的附着力。
喷丸还可以修复飞机零部件表面的损伤，恢复其原有的性能。
•航天器制造：喷丸可以清除航天器表面的氧化层和锈蚀，提高航天器的质量。
喷丸还可以改变航天器表面的形貌，提高涂层的附着力。
2.3 桥梁建设•桥梁维护：喷丸可以清除桥梁表面的污垢和氧化层，延长桥梁的使用寿命。
喷丸还可以修复桥梁表面的损伤，恢复其原有的结构性能。
2.4 石油化工•储罐清洗：喷丸可以清除储罐内壁的油垢和氧化层，恢复储罐的容积和性能。
喷丸还可以改变储罐内壁的形貌，提高涂层的附着力。
2.5 铁路运输•铁路桥梁维护：喷丸可以清除铁路桥梁表面的污垢和氧化层，延长铁路桥梁的使用寿命。
硬齿面喷丸改性技术研究
二齿凸面 G3型高硬度切割钢丝丸 Ra0.19 Ra0.33
三齿凹面
S170铸钢丸
Ra0.08 Ra0.17
三齿凸面
S170铸钢丸
Ra0.20 Ra0.20
四面的路线。使用保存的程序（时间减 半）对试件进行喷丸，只喷 1 个齿，用放大镜 检查齿根、凸面、凹面三初位置的覆盖率是 否为 98%，（由于达到 98% 以上时定量测试 困难，因此，为方便起见，达到 98% 可视为 达到 100%，即为全有效区 [3]）。如果未达到 98%，可调整喷丸流量继续喷丸，直到检查覆 盖率为 98% 为止，为保证覆盖率为 200%，则 需将喷丸时间加倍。其余喷丸参数如下表 1。
我们选取目前航空制造行业常用的铸钢丸 以及两种常用的钢丝切丸进行试验，丸粒规格 如下表 2 所示。
表2 丸粒规格表
弹丸规格及尺寸
丸粒硬度
S170铸钢丸（0.4mm）
ACW14切割钢丝丸 （0.3mm）
G3型高硬度切割钢丝丸 （0.4mm）
HRC55～65 （平均硬度HRC58）
HRC55～65， （平均硬度HRC60）
表1 喷丸参数表
喷嘴直径
10mm
零件转速
10r/min
喷嘴距零件距离 风压
100-150mm 4.5-6kg/cm2
2.2.3 喷丸试片及夹具 由于螺旋锥齿轮的齿面为空间曲面模型， 设计喷丸试片夹具较为困难，为使试片夹具更 真实的模拟螺旋锥齿轮凸面、凹面、齿根圆角 的角度和位置，使试片的验证强度更真实的代 替被喷丸表面的强度，采用将试片夹具固定器 以及试片与螺旋锥齿轮凸面、凹面、齿根的角 度和距离相等的方法安装在产品上，以最真实 的模拟螺旋锥齿轮的齿面、齿根的位置。 喷丸试片类型：A 型（Almen 试片），实 际喷丸强度在 0.23-0.25mm 之间，喷丸覆盖率 200%，满足图样要求。 2.3 丸料类型 研究不同丸料对硬齿面的喷丸效果是本次 研究的重点内容。 目前国内抛喷丸强化常用的金属磨料主要 有铸钢丸、钢丝切丸、不锈钢丸和铸铁丸等。 铸钢丸的生产成本不高，且具有一定的欧文循 环寿命，所以目前使用比较多 [4]。但是铸钢丸 是铸造而成，无论是水冲法还是离心雾化法生 产的铸钢丸均是钢丸在成型时由空气中飞行的 小钢液自收缩成型落入水中定型，是由外而内 凝固的成型方式，导致钢丸没有补缩且在空气 中飞行时温度较高，会混入氧气、二氧化碳等。 这种情况下丸粒易产生碳析反。碳与氧气反应 生成一氧化碳，在铸钢丸的内部形成缩孔或疏
强力喷丸在商用车齿轮及乘用车齿轮中的应用效果及实例
强力喷丸在商用车齿轮及乘用车齿轮中的应用效果及实例强力喷丸工艺是指在一定的气体压力下利用高速喷射的细小钢丸在室温下来撞击受喷工件表面，使得工件表层的材料产生弹塑性变形且呈现出比较高的残余压应力，从而提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要工艺方法，也是改善齿轮抗咬合能力，提高齿轮寿命的重要途径。
强力喷丸一方面可使零件的表面发生弹性变形，另一方面也可促使产生大量孪晶和位错，使材料表面发生加工强化。
强力喷丸对齿轮表面形貌和性能的影响主要表现在改变零件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件的疲劳寿命方面。
被强喷状态下的齿轮会有硬度、组织结构、相转变、表层残余压应力场的形成、表面粗糙度的变化等。
如图1即为低倍数下观察到的齿轮表面受喷状态。
下面就强喷工艺在我厂的相关应用简要阐述，以作讨论参考。
1. 强喷饱和状态及弧高值图1 强喷处表面形态饱和状态是指在同一种设定条件下继续强喷时已经不能够再改变受喷区域机械特性时的状态。
图2所示的红色点即为弧高度曲线饱和点，当强喷时间增加一倍后弧高值的增量不能超过10%的状态下，该饱和点处所对应的弧高值即为喷丸强度。
通常情况下，强喷时间在达到了饱和时间或是达到了两倍于饱和时间时即可获得最佳强化效果，我厂采用两倍于饱和时间来确保获得最佳强化效果。
需要注意的是，若强化时间不够会比强化时间过度更为不利。
弧高值（喷丸强度），是指先将符合AMS2430标准的硬度为44～50HRC的长、宽、高分别约为76mm×19mm×1.3mm阿尔门（Almen）试片固定在专用夹具阿尔门试块上，按照SAEJ442a和SAE443标准规定的方法使之受喷，要在规定的时间内使之达到饱和状态的强弱程度，该强弱程度用标准阿尔明试片弯曲的弧高值来度量。
阿尔门试片进行单面喷丸时，表面层在弹丸的喷射作用下会参与拉伸形变，朝向喷丸的那个面会呈现出球面弯曲。
喷丸结束后取下试片，然后用阿尔门量规（即阿尔门测试仪）测量试片经过单面喷丸作用下产生的参与拉伸形变量（即弧高度值）。
20crmnti钢制齿轮喷丸处理的作业
20crmnti钢制齿轮喷丸处理的作业
20crmnti钢制齿轮喷丸处理的作业工艺路线：锻造，正火，加
工齿轮，局部镀铜，渗碳，预冷淬火低温回火，喷丸，磨齿。
为了改善锻造状态的不正常组织，齿轮毛坯在加工前进行正火，以利于切削。
正火后硬度HB170至210，切削性能良好。
渗碳温度920℃左右，渗
碳时间6—8小时，渗碳层厚1.2—1.6mm。
渗碳温度预冷到870至880℃油淬，200℃回火保温2—3小时，性能达到：Rm=1000MPa，Z=50%，KU2=64J。
20crmnti钢制齿轮喷丸处理的作业表层因碳含量较高，在淬火回火后基本上都是回火马氏体，具有较高的硬度和耐磨性，芯部因含Cr、Mn提高了钢的淬透性，在淬火回火后可获得低碳回火马氏
体组织，具有高的强度和韧性。
经过上述处理后，获得的性能能够满足技术要求。
后经喷丸处理清理了表面氧化铁皮又作为一种强化手段，使表面压应力增大，提高抗疲劳性。
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喷丸处理是否提高齿轮的表面硬度？研究了喷丸参数对残余压应力的影响，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后进行应力松驰低温回火所对应的残余应力场。
关键词：喷丸强化,残余应力,低温回火1 引言喷丸强度通常采用弧高值法，即根据试片弧高值与同等条件下金属表面内应力间有对应关系这一原理来测定的。
这个方法的不足之处是不能精确测量距表面50μm以内的内应力值。
而对材料的疲劳寿命起决定性作用的恰恰是此表面层内的内应力值。
我们采用RICH SEIFERT&Co公司的7轴衍射（7-Axes-Diffractometer）X射线应力分析仪，就喷丸参数对残余内应力的影响进行了研究，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后经低温回火使应力松弛所对应的残余应力场。
2 试验材料和方法2.1 试验材料试验采用上海汽车齿轮总厂生产的桑塔纳轿车变速箱一档从动齿，材料为25MoCr5钢，化学成分见表1。
2.2 热处理工艺及喷丸工艺齿轮在上海汽车齿轮总厂的Aichelin多用炉中渗碳处理，碳势1%，温度900℃，淬火油温70℃（G 油），回火170℃，在叶轮式抛丸机（wheel labrator）上进行喷丸处理。
2.3 组织形貌、硬度及应力测定在RICH SERFERT&Co公司的X射线应力分析仪上测定残余应力沿层深分布，显微硬度在AKASI MVK-E上测量，载荷砝码50g。
每一深度测3次，取平均值。
用日立S-500型扫描电镜和蔡氏NEOPHOT-21型光学显微镜进行显微组织分析。
残留奥氏体量在理学电机(Rigaku)株式会社的转靶X射线衍射仪上测定。
3 试验结果及分析3.1 喷丸参数对残余压应力的影响改变喷丸时间，并保持喷丸速度为2900r/min，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图1所示。
改变喷丸速度，并保持喷丸时间15s，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图2所示。
图1 残余应力随时间的变化规律图2 残余应力随转速的变化规律由图1看出，随着喷丸时间的增加，距试样表层5μm、25μm、50μm处的残余压应力都逐渐增加，在10s以后，25μm深处的残余应力的递增速度超过5μm处。
正是因为，随着喷丸时间的延长，残余应力由表层向材料内部逐渐渗透，但表层的组织在喷丸的作用下遭到了一定的损坏，粗糙度增加，可能产生微小裂纹使残余应力值有所降低。
由图2看出，随着钢丸转速增加，残余应力值也随之增加。
但当转速超过3000r/min，距表层5μm处的残余应力值有所下降。
这是因为，钢丸转速增加，喷丸作用增大，残余应力值上升明显，但超过一定喷丸强度后，表层组织遭到破坏，产生微小裂纹，使残余应力值下降。
由图1、2可看出，在喷丸过程中，过度喷丸对表层有损害作用，因此选择喷丸参数时，既要考虑到残余应力要达到一定的数值，又要防止过度喷丸。
3.2 喷丸对渗碳层硬度的影响对喷丸前后的显微硬度的分布进行测试，其结果见图3。
由图3曲线可以看出，喷丸件表层显微硬度明显提高，心部组织硬度基本相同。
硬度发生变化区域均为距表面0.1mm范围以内，最大变化区域在距表面0.1mm附近，表层的硬度显著提高是受到高的残余压应力、加工硬化和组织变化综合作用的结果，其中残留奥氏体的显著减少对硬度提高也作出了贡献。
3.3 喷丸对渗碳表层内显微组织的影响用扫描电子显微镜对未喷丸和喷丸（转速为2900r/min）的样品进行分析观察，试验结果见图4。
图4 喷丸对渗层组织的影响（a）未喷丸（b）经喷丸试验观察发现，未喷丸的马氏体片间保留有较多的残留奥氏体组织如图4a；喷丸后如图4b，马氏体的微观亚结构被细化，残留奥氏体诱发转变为马氏体，该马氏体针非常细小。
喷丸细化了金属表面的微观亚结构，使金属表面位错密度增加，亚晶细化，晶格畸变加剧。
用光学显微摄影仪对未喷丸和喷丸的样品进行分析观察，试验结果见图5。
图5 渗层光学显微组织x400（a）未喷丸（b）喷丸试验观察发现，未喷丸试样的残留奥氏体（白色）较喷丸后的残留奥氏体含量多。
因为喷丸使试样中的残留奥氏体转变为马氏体，用来提高表面硬度。
就表层组织来看，喷丸后的马氏体针明显较未喷丸试样细小致密，这也进一步说明喷丸起到了细化马氏体亚结构的作用。
用X射线衍射仪对未喷丸和经喷丸（转速为2900r/min）的样品进行分析观察，试验结果见图5。
从图6中可以看出，喷丸前残留奥氏体的衍射峰在衍射后基本上消失了，说明喷丸能有效地使残留奥氏体转变为马氏体，有利于残余压应力的提高，从而提高齿轮的寿命。
图6 试样的X射线衍射图（a）未喷丸样品（b）喷丸样品4 残余应力场的松弛为了研究喷丸残余应力场的稳定性问题，对两组上海汽车齿轮总厂生产的桑塔纳轿车变速箱一档从动齿试样分别进行了两种处理：一种处理为喷丸强化（3000r/min，15s，57HRC）；另一种处理为喷丸强化X应力松弛低温回火。
在RICH SERFERT&Co公司生产的7-Axes-Diffractometer X射线应力分析仪上测定距表面25μm 处的残余应力。
喷丸引入的表层残余压应力场在其后的疲劳加载过程中会发生松弛，如图7所示。
在疲劳加载初期，喷丸残余应力场会发生急剧的松弛，而在疲劳加载后期，残余应力场的松弛很缓慢，松弛量也很小，并逐渐趋于稳定态。
图7 残余应力场的松弛残余应力的迅速松弛是工件服役加载后表层材料剧烈塑性变形的结果。
在疲劳加载初期，试样表层的位错密度迅速降低，一方面是由于在外载作用下一部分异号位错在运动中相互抵消；另一方面是由于晶体的大量滑移使位错首先在晶界等障碍物前塞积。
当该处的应力达到断裂应力时，随即在塞积处形成一定数量的微裂纹，应力场被松弛，使工件表层造成损伤。
而在随后的疲劳循环中，疲劳裂纹在上述各损伤处优先形核，这就必然会降低疲劳裂纹的萌生寿命。
一旦其中某一裂纹扩展至一定长度并形成主裂纹时，其他微裂纹会因应力松弛而停止扩展。
因此，残余应力的静载松弛是一种损伤性松弛〔1〕。
如果能使喷丸强化效果下的静态残余应力场在疲劳加载前就预先非损伤性松弛到稳态应力场，则可避免残余应力场在疲劳加载初期的静载松弛，最大限度地提高工件的疲劳寿命。
因此，在喷丸后又进行了一组应力松弛低温回火试验，来获得稳定的应力场。
回火温度对残余应力的影响如图8所示。
试样在不同温度下回火，应力场发生不同程度的松弛。
回火温度越高，松弛量越大。
一定温度以后，松弛量趋于平衡，具有良好的稳定性。
图8 残余应力场的低温回火松弛综上所述，疲劳加载和低温回火都可以使喷丸后产生的应力场得到松弛，但是后者通过加热使形变材料的组织结构发生回复，不会给材料带来损伤。
低温回火后的喷丸齿轮在疲劳寿命上有所提高。
5 结论（1）喷丸强化可显著提高渗碳齿轮表面的残余压应力，从而提高齿轮的疲劳寿命。
但要对喷丸参数进行合理的选择，防止过度喷丸，以免产生表面缺陷，降低强化效果。
（2）喷丸使渗碳表面硬度增加，距表面愈近，效果愈明显。
喷丸造成的表面硬度增加是由于表层组织形变强化及残余压应力值增大的综合结果。
（3）喷丸能够使试样表层的组织强化，即残留奥氏体发生诱发马氏体转变，并且能够细化马氏体的亚结构。
（4）低温回火可以使喷丸后产生的应力场得到松弛，有效地避免了残余应力的静载松弛对材料带来的损伤。
1强化喷丸概念在了解喷丸强化技术之前，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0.15～0.20Cmm就相当于0.45～0.60Amm。
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。
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。