表面工程-第5章表面形变强化技术
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大; (d)零件表面形成的冲击坑浅; (e)适用范围广(碳钢,合金钢,不锈钢,可锻铸
铁,球墨铸铁,铝合金,镍基高温合金)。
2020/11/6
5.2.3.3高压水射流喷丸
①高压水射流喷丸原理
将高压水射流喷射到零件表面,使零件表层产 生塑变(冷作硬化层),产生理想的组织结构和残 余应力分布, 提高疲劳强度。
2020/11/6
5.2.3.1机械喷丸 ①弹丸驱动方式
分为叶轮式和压缩 空气式两大类 。
2020/11/6
②弹丸选择 使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢丸、 钢丝切割丸、玻璃丸、陶瓷丸 。 弹丸选择:综合考虑工件工艺要求,变形深 度,残余应力值,表面粗糙度。
③机械喷丸特点 机械喷丸应用广泛,但也存在局限:(a)受零 件凹槽部位限制——产生喷丸死角;(b)受表 面粗糙度的限制;(c)受环境污染的限制。
2020/11/6
本章作业
1.简述金属表面形变强化的机理 以及强化效果。
2.简述喷丸表面强化的原理和工 艺。
2020/11/6
新华网:08年11月由西安 天瑞达光电技术发展有限公 司和陕西蓝鹰航空电器有限 公司承建的中国第一条激光 冲击强化线，在西安阎良国 家航空高技术产业基地建成。
2020/11/6
③激光喷丸的优点 (a)光斑大小可调,可对狭小空间喷丸; (b)激光脉冲参数和作用区域可精确控制,
残余压应力大小、层深度精确可控; (c)形成的残余应力、层深度比机械喷丸更
主要有①喷(抛)丸、 ②滚压工艺。
2020/11/6
• §5.2喷丸强化工艺
2020/11/6
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喷丸强化工艺
5.2.1喷丸强化原理 将高速弹丸流喷射到工件表面,使工件表层
发生塑性变形,从而形成一定厚度强化层。
2020/11/6
喷丸一方面使工件表面外形变化,同时产生 大量孪晶和位错,使材料表面发生加工硬化。
2020/11/6
5.2.3.2激光喷丸
①激光喷丸原理
短脉冲强激光作用于金 属表面,吸收激光能量汽 化形成等离子体而急剧爆 炸,产生冲击波引起应力, 当应力超过屈服强度时, 金属表面发生塑变,并使 表层下弹性变形难以恢复, 产生残余压应力。
2020/11/6
②激光喷丸应用
美国已为F-22战斗机建设 了价值2亿美元的激光冲击 强化生产线。
也可在水射流中加入 磨料 (砂粒或玻璃弹丸), 磨料颗粒与水射流共同 作用在材料表面,产生残 余压应力层。
2020/11/6
②高压水射流喷丸分类 高压水射流可以是连续的，也可以是脉冲
的。 此外，还有高压空化水射流强化: 工件和高压水喷嘴置于静态水中,高速水射
流喷出时,与静态水发生剪切作用,在液流局 部低压区产生空化气泡,气泡溃灭的冲击波和 微射流,在金属表面引起微观塑变,形成残余 压应力层。
2020/11/6
③高压水射流喷丸特点 (a)容易对零件狭窄处、深凹槽表面进行强
化； (b)受喷表面粗糙度值增加很小,减少了应力
集中,提高了强化效果； (c)无固体弹丸废弃物； (d)低噪声、无尘,有利于环保和操作者健康。
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5.2.3.4微粒冲击
近年日本研究出微粒冲击技术。微粒冲击 采用的弹丸小,冲击速度快,硬度高。
2020/11/6
5.2.3.5超声/高能喷丸
对传统喷丸技术 的改进,开发了超 声/高能喷丸,实现 了金属材料的表面 纳米化,从而可显 著提高材料的表面 硬度。
高能喷丸——用高压空气喷射,可实现大 于100 m/s的高速。
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• §5.3滚压强化工艺
2020/11/6
2020/11/6
若要同时提高零件表面硬度、耐疲劳性、 耐磨性并降低表面粗糙度,通常需先后进行喷 丸强化、表面研磨和抛光处理。
采用微粒冲击则可大大简化该处理工序。 微粒冲击处理后工件表层硬度与普通喷丸 处理的工件表面硬度相当, 最大残余应力在 表面下100μm处。但微粒冲击明显降低了工 件表面粗糙度, 耐磨性显著提高。
第5章 表面形变强化技术
2020/11/6
表面工程
第5章 表面形变强化技术
• §5.1表面形变强化概述 • §5.2喷丸强化工艺 • §5.3滚压强化工艺
2020ห้องสมุดไป่ตู้11/6
• §5.1表面形变强化概述
2020/11/6
5.1.1表面形变强化定义 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0.5~1.5mm),从 而使表面层硬度、强度提高。 5.1.2表面形变强化工艺分类
工件表面强化层内存在残余压应力,当工件 承受载荷时可以抵消一部分拉应力,从而降低 工件表面缺口敏感性,提高疲劳强度。
2020/11/6
5.2.2喷丸强化特点 ①操作简单; ②耗能少; ③效率高; ④适应面广; 是金属材料表面改性的有效方法。
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5.2.3喷丸强化分类 1)机械喷丸 2)激光喷丸 3)高压水射流喷丸 4)微粒冲击 5)超声/高能喷丸
件,尤其是尺寸突然变化的结构应力集中处。 滚轮滚压加工可加工平面,圆柱面, 台阶轴
过渡圆角、凹槽等。 滚压用滚轮数有1、2、3。单一滚轮只能用
于具有足够刚度的工件；若工件较小,则需用 2个或者3个滚轮同时进行滚压。
2020/11/6
5.3.3滚压强化特点 ①可提高表面粗糙度2～4级,耐磨性提高
1.5～3倍,滚压后零件使用寿命长; ②操作方便; ③效率高; ④净洁无污染; ⑤应用范围宽。
滚压强化
5.3.1滚压强化原理 利用滚压工具(滚轮、滚球或滚轴),对零件
表面施加一定压力,使零件表层金属发生塑变, 提高表面粗糙度和硬度,又称无屑加工。
是一种无切削加工工艺,表面滚压可显著 提高零件疲劳强度,降低缺口敏感性。
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5.3.2滚压强化工艺 表面滚压强化特别适用于形状简单的大零
铁,球墨铸铁,铝合金,镍基高温合金)。
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5.2.3.3高压水射流喷丸
①高压水射流喷丸原理
将高压水射流喷射到零件表面,使零件表层产 生塑变(冷作硬化层),产生理想的组织结构和残 余应力分布, 提高疲劳强度。
2020/11/6
5.2.3.1机械喷丸 ①弹丸驱动方式
分为叶轮式和压缩 空气式两大类 。
2020/11/6
②弹丸选择 使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢丸、 钢丝切割丸、玻璃丸、陶瓷丸 。 弹丸选择:综合考虑工件工艺要求,变形深 度,残余应力值,表面粗糙度。
③机械喷丸特点 机械喷丸应用广泛,但也存在局限:(a)受零 件凹槽部位限制——产生喷丸死角;(b)受表 面粗糙度的限制;(c)受环境污染的限制。
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本章作业
1.简述金属表面形变强化的机理 以及强化效果。
2.简述喷丸表面强化的原理和工 艺。
2020/11/6
新华网:08年11月由西安 天瑞达光电技术发展有限公 司和陕西蓝鹰航空电器有限 公司承建的中国第一条激光 冲击强化线，在西安阎良国 家航空高技术产业基地建成。
2020/11/6
③激光喷丸的优点 (a)光斑大小可调,可对狭小空间喷丸; (b)激光脉冲参数和作用区域可精确控制,
残余压应力大小、层深度精确可控; (c)形成的残余应力、层深度比机械喷丸更
主要有①喷(抛)丸、 ②滚压工艺。
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• §5.2喷丸强化工艺
2020/11/6
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喷丸强化工艺
5.2.1喷丸强化原理 将高速弹丸流喷射到工件表面,使工件表层
发生塑性变形,从而形成一定厚度强化层。
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喷丸一方面使工件表面外形变化,同时产生 大量孪晶和位错,使材料表面发生加工硬化。
2020/11/6
5.2.3.2激光喷丸
①激光喷丸原理
短脉冲强激光作用于金 属表面,吸收激光能量汽 化形成等离子体而急剧爆 炸,产生冲击波引起应力, 当应力超过屈服强度时, 金属表面发生塑变,并使 表层下弹性变形难以恢复, 产生残余压应力。
2020/11/6
②激光喷丸应用
美国已为F-22战斗机建设 了价值2亿美元的激光冲击 强化生产线。
也可在水射流中加入 磨料 (砂粒或玻璃弹丸), 磨料颗粒与水射流共同 作用在材料表面,产生残 余压应力层。
2020/11/6
②高压水射流喷丸分类 高压水射流可以是连续的，也可以是脉冲
的。 此外，还有高压空化水射流强化: 工件和高压水喷嘴置于静态水中,高速水射
流喷出时,与静态水发生剪切作用,在液流局 部低压区产生空化气泡,气泡溃灭的冲击波和 微射流,在金属表面引起微观塑变,形成残余 压应力层。
2020/11/6
③高压水射流喷丸特点 (a)容易对零件狭窄处、深凹槽表面进行强
化； (b)受喷表面粗糙度值增加很小,减少了应力
集中,提高了强化效果； (c)无固体弹丸废弃物； (d)低噪声、无尘,有利于环保和操作者健康。
2020/11/6
5.2.3.4微粒冲击
近年日本研究出微粒冲击技术。微粒冲击 采用的弹丸小,冲击速度快,硬度高。
2020/11/6
5.2.3.5超声/高能喷丸
对传统喷丸技术 的改进,开发了超 声/高能喷丸,实现 了金属材料的表面 纳米化,从而可显 著提高材料的表面 硬度。
高能喷丸——用高压空气喷射,可实现大 于100 m/s的高速。
2020/11/6
• §5.3滚压强化工艺
2020/11/6
2020/11/6
若要同时提高零件表面硬度、耐疲劳性、 耐磨性并降低表面粗糙度,通常需先后进行喷 丸强化、表面研磨和抛光处理。
采用微粒冲击则可大大简化该处理工序。 微粒冲击处理后工件表层硬度与普通喷丸 处理的工件表面硬度相当, 最大残余应力在 表面下100μm处。但微粒冲击明显降低了工 件表面粗糙度, 耐磨性显著提高。
第5章 表面形变强化技术
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表面工程
第5章 表面形变强化技术
• §5.1表面形变强化概述 • §5.2喷丸强化工艺 • §5.3滚压强化工艺
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• §5.1表面形变强化概述
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5.1.1表面形变强化定义 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0.5~1.5mm),从 而使表面层硬度、强度提高。 5.1.2表面形变强化工艺分类
工件表面强化层内存在残余压应力,当工件 承受载荷时可以抵消一部分拉应力,从而降低 工件表面缺口敏感性,提高疲劳强度。
2020/11/6
5.2.2喷丸强化特点 ①操作简单; ②耗能少; ③效率高; ④适应面广; 是金属材料表面改性的有效方法。
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5.2.3喷丸强化分类 1)机械喷丸 2)激光喷丸 3)高压水射流喷丸 4)微粒冲击 5)超声/高能喷丸
件,尤其是尺寸突然变化的结构应力集中处。 滚轮滚压加工可加工平面,圆柱面, 台阶轴
过渡圆角、凹槽等。 滚压用滚轮数有1、2、3。单一滚轮只能用
于具有足够刚度的工件；若工件较小,则需用 2个或者3个滚轮同时进行滚压。
2020/11/6
5.3.3滚压强化特点 ①可提高表面粗糙度2～4级,耐磨性提高
1.5～3倍,滚压后零件使用寿命长; ②操作方便; ③效率高; ④净洁无污染; ⑤应用范围宽。
滚压强化
5.3.1滚压强化原理 利用滚压工具(滚轮、滚球或滚轴),对零件
表面施加一定压力,使零件表层金属发生塑变, 提高表面粗糙度和硬度,又称无屑加工。
是一种无切削加工工艺,表面滚压可显著 提高零件疲劳强度,降低缺口敏感性。
2020/11/6
5.3.2滚压强化工艺 表面滚压强化特别适用于形状简单的大零