喷丸强化技术
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第三讲 表面改性技术
（喷丸强化技术）
邢亚哲 博士/副教授
长安大学 材料表面强化研究所
A
1
主要内容
喷丸强化原理 喷丸强化设备及弹丸材料 喷丸强化应用及研究 喷丸技术新发展
A
2
第一节 喷丸强化原理
概念：是将大量高速运动的弹丸连续喷射到零件表 面上，使金属表面产生强烈的塑性变形，形 成一定厚度的形变硬化层的工艺过程。
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
A
27
张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
张新华, 等. 航空制造A技术，13（2008）78.
28
谢谢各位！ 不足之处敬请指正！
A
29
A
14
王欣, 等. 材料保护，44（2011）9.
2124-T851铝合金喷丸
A
王欣, 等. 材料保护，44（2011）159.
Al-Zn-Mg合金高能喷丸
样品在真空炉中固溶处理（480℃，60min）， 直径8mm的不锈钢弹丸
李茂林. 中国表A面工程，20（2007）18.
16
Al-Zn-Mg合金高能喷丸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
王明涛, 等. 航空制造技术，5（2012）92.A
10
7075铝合金喷丸
胡永会, 等. 材料研究A与应用，4（2010）174.
11
胡永会, 等. 材料研究A与应用，4（2010）174.
12
胡永会, 等. 材料研究与A 应用，4（2010）174.
13
2124-T851铝合金喷丸
二次喷丸： 铸钢丸+玻璃丸
应用： 1）黑色金属零件：铸钢丸、铸铁丸或玻璃丸； 2）有色金属和不锈钢零件：玻璃丸或不锈钢丸。
A
7
第三节 喷丸强化应用及研究
目的：细化晶粒，提高性能。
流变区
过渡区
Al-Si合金喷丸处理后断面结构
李慕勤, 等. 材料表面A 工程技术，2010.
8
材料：2024-T351铝合金板材
王明A 涛, 等. 航空制造技术，5（2012）92.9
品种多、批量小、 形状复杂、尺寸较 小的零件。
A
5
2）机械离心式喷丸机
优点：功率小、效率高、 喷丸质量稳定。
缺点：设备制造成本高。 应用：要求喷丸强度高、
品种少、批量大、 形状简单、尺寸较 大的零件。
A
6
弹丸
形状尺寸：一般为圆球形，直径一般 为0.05-1.5mm。
材质：铸铁丸、铸钢丸、不锈钢丸、 弹簧钢丸、玻璃丸、陶瓷丸等。
A
20
激光喷丸（LY2合金）
喷
喷
丸
丸
前
后
A
21
马壮, 等. 特种加工技术与装备，10（2007）36.
激光喷丸（6061-T6合金）
A
22
周建忠, 等. 中国激光，38（2011）0703009-1.
激光喷丸（6061-T6合金）
A
23
周建忠, 等. 中国激光，38（2011）0703009-1.
A
17
李茂林. 中国表面工程，20（2007）18.
Al-Zn-Mg合金高能喷丸
A
18
李茂林. 中国表面工程，20（2007）18.
A
19
陈勃, 等. 航空学报，31（2010）519.
第四节 喷丸技术新发展 激光喷丸
短脉冲的高峰值功率密度的激光辐 射金属靶材时，金属表面吸收层吸 收激光能量发生爆炸性汽化蒸发， 产生高温高压的等离子体，该等离 子体受到约束层的约束而产生高强 度压力冲击波，作用于金属表面并 向内部传播。当冲击波的峰值压力 超过金属的动态屈服强度时，金属 表面就会产生应变硬化，并残留很 大的压应力。
轴承、涡轮盘、叶片及模具、切削工具等。
A
24
张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
A
25
张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
A
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张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
0.1-0.8 mm
A
3
硬化层内产生的两种变化
（1）形成高密度位错，其 在随后交变应力及温 度的作用下逐渐排列 规则，呈现多边形， 在硬化层内形成了更 小的亚晶粒；
（2）形成了高的宏观残余 压应力。
A
4
第二节 喷丸强化设备及弹丸材料
设备 1）气动式喷丸机
优点：操作灵活 。 缺点：功耗大、效率低。 应用：要求喷丸强度较低、
第四节 喷丸技术新发展
超声喷丸
超声喷丸与普通喷丸的主要区别为弹丸（或 撞针）从各方向以超声频撞击已被固定的材料表面。
优势：实施方便、效果显著、适应面广、消耗低等。
应用： 1）由于其引入材料内部的能变较大,常用于实现
材料表面的纳米化,降低氮化温度等方面； 2）在飞机、坦克、汽车和各种机械设备的齿轮、
（喷丸强化技术）
邢亚哲 博士/副教授
长安大学 材料表面强化研究所
A
1
主要内容
喷丸强化原理 喷丸强化设备及弹丸材料 喷丸强化应用及研究 喷丸技术新发展
A
2
第一节 喷丸强化原理
概念：是将大量高速运动的弹丸连续喷射到零件表 面上，使金属表面产生强烈的塑性变形，形 成一定厚度的形变硬化层的工艺过程。
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
A
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张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
张新华, 等. 航空制造A技术，13（2008）78.
28
谢谢各位！ 不足之处敬请指正！
A
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王欣, 等. 材料保护，44（2011）9.
2124-T851铝合金喷丸
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王欣, 等. 材料保护，44（2011）159.
Al-Zn-Mg合金高能喷丸
样品在真空炉中固溶处理（480℃，60min）， 直径8mm的不锈钢弹丸
李茂林. 中国表A面工程，20（2007）18.
16
Al-Zn-Mg合金高能喷丸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
王明涛, 等. 航空制造技术，5（2012）92.A
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7075铝合金喷丸
胡永会, 等. 材料研究A与应用，4（2010）174.
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胡永会, 等. 材料研究A与应用，4（2010）174.
12
胡永会, 等. 材料研究与A 应用，4（2010）174.
13
2124-T851铝合金喷丸
二次喷丸： 铸钢丸+玻璃丸
应用： 1）黑色金属零件：铸钢丸、铸铁丸或玻璃丸； 2）有色金属和不锈钢零件：玻璃丸或不锈钢丸。
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第三节 喷丸强化应用及研究
目的：细化晶粒，提高性能。
流变区
过渡区
Al-Si合金喷丸处理后断面结构
李慕勤, 等. 材料表面A 工程技术，2010.
8
材料：2024-T351铝合金板材
王明A 涛, 等. 航空制造技术，5（2012）92.9
品种多、批量小、 形状复杂、尺寸较 小的零件。
A
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2）机械离心式喷丸机
优点：功率小、效率高、 喷丸质量稳定。
缺点：设备制造成本高。 应用：要求喷丸强度高、
品种少、批量大、 形状简单、尺寸较 大的零件。
A
6
弹丸
形状尺寸：一般为圆球形，直径一般 为0.05-1.5mm。
材质：铸铁丸、铸钢丸、不锈钢丸、 弹簧钢丸、玻璃丸、陶瓷丸等。
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激光喷丸（LY2合金）
喷
喷
丸
丸
前
后
A
21
马壮, 等. 特种加工技术与装备，10（2007）36.
激光喷丸（6061-T6合金）
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周建忠, 等. 中国激光，38（2011）0703009-1.
激光喷丸（6061-T6合金）
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周建忠, 等. 中国激光，38（2011）0703009-1.
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李茂林. 中国表面工程，20（2007）18.
Al-Zn-Mg合金高能喷丸
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李茂林. 中国表面工程，20（2007）18.
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陈勃, 等. 航空学报，31（2010）519.
第四节 喷丸技术新发展 激光喷丸
短脉冲的高峰值功率密度的激光辐 射金属靶材时，金属表面吸收层吸 收激光能量发生爆炸性汽化蒸发， 产生高温高压的等离子体，该等离 子体受到约束层的约束而产生高强 度压力冲击波，作用于金属表面并 向内部传播。当冲击波的峰值压力 超过金属的动态屈服强度时，金属 表面就会产生应变硬化，并残留很 大的压应力。
轴承、涡轮盘、叶片及模具、切削工具等。
A
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张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
A
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张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
A
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张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
0.1-0.8 mm
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3
硬化层内产生的两种变化
（1）形成高密度位错，其 在随后交变应力及温 度的作用下逐渐排列 规则，呈现多边形， 在硬化层内形成了更 小的亚晶粒；
（2）形成了高的宏观残余 压应力。
A
4
第二节 喷丸强化设备及弹丸材料
设备 1）气动式喷丸机
优点：操作灵活 。 缺点：功耗大、效率低。 应用：要求喷丸强度较低、
第四节 喷丸技术新发展
超声喷丸
超声喷丸与普通喷丸的主要区别为弹丸（或 撞针）从各方向以超声频撞击已被固定的材料表面。
优势：实施方便、效果显著、适应面广、消耗低等。
应用： 1）由于其引入材料内部的能变较大,常用于实现
材料表面的纳米化,降低氮化温度等方面； 2）在飞机、坦克、汽车和各种机械设备的齿轮、