喷丸强化技术
前混合磨料水射流喷丸强化技术
前混合磨料水射流喷丸强化技术摘要：近年来，前混磨料射流得到了发展。
前混磨料射流是将磨料和水在高压水管路中均匀混合成磨料浆水，然后由磨料喷嘴喷出形成磨料射流，其速度比水射流高75%左右。
因此，预混磨料射流中的磨料动能高，从而达到高效、优质、无污染的喷丸效果。
关键词：喷丸强化技术。
水射流。
供料方式。
针对前混合磨料水射流喷丸强化技术的工作原理及其供料系统,比较出前混合磨料水射流与后混合磨料水射流喷丸技术之间的差异,从而确定了采用该技术的优越性。
一、前混合水射流强化技术的特点传统的喷丸强化工艺因其具有提高金属零构件抗疲劳断裂和抗应力腐蚀断裂能力而得到了广泛的应用,但是还存在以下不足:（1）由于零构件的凹槽部位和粒不能有效撞击,易产生喷丸死角,造成无法实施强化或喷丸强度不足;（2）喷丸强化表面粗糙度达不到要求;（3）气动高强度喷丸效率低,不能达到节省能源的目的;（4）不能达到环保的要求。
与传统喷丸强化工艺相比,高压水射流喷丸强化技术具有以下特点:1）能对存在狭窄部位、深凹槽部位的零件表面以及复杂结构零构件、微小零件表面等进行无死角喷丸强化;2）通过调整射流压力能对不同硬度的材料进行大面积喷丸强化,具有广谱性,尤其适用于超高硬度、超脆材料零构件的表面喷丸改性;3）喷丸表面粗糙度值变化很小,可减少应力集中现象,提高强化增益效果;4）对喷丸装置抗压性要求较低,有利于降低生产和维护成本;5）喷丸表面温度变化较小,不会改变材料的物理性质和化学性质;6）喷头体积小,移动方便,易于实现光控、数控及机械手控制,提高喷丸强化质量;7）整套工装体积不大,可以装在机动车上进行远距离操作和外场作业;8）强化过程中不会产生有害气体及粉尘,有利于环境保护和操作者的健康绿色喷丸强化。
二、前混合水射流强化机理前混合磨料水射流喷丸强化技术是将混合磨料技术引入到喷丸领域,以实现优质、高效、节能、安全、环保的湿式绿色喷丸强化新工艺。
高压水射流喷丸强化机理就是将携带巨大能量的高压水射流以某种特定的方式高速喷射到金属零构件表面上,使零构件表层材料在再结晶温度下产生塑性形变(冷作硬化层),呈现理想的组织结构(组织强化)和残余应力分布(应力强化),从而达到提高零构件周期疲劳强度的目的。
激光喷丸表面强化技术的研究综述
杨启 大连理工大学博士研究生，许昌
学院讲师，研究方向为航空钛合金的 微动疲劳损伤及表面强化技术、金属 材料的失效分析及强韧化处理。
随着世界工业领域的不断发展， 各种极端和复杂条件下的工程需求 日益增加，人们对机械装备构件的综 合性能提出了更高要求。尤其在关 乎国家安全与发展的重大领域，如航 空、航天、航海、石化、电力等，尺寸超 大或精密的关键零部件具有举足轻 重的地位，其性能要求也愈发严苛。 此类构件大多造价不菲且不易更换， 如何进一步提升其机械性能，延长服 役期限，是世界科研工作者面临的共 同问题。学者们研究发现，在实际应 用中，材料的失效大多发生在表面或 亚表面。因此，表面强化的理念开始 出现并被逐步认可，现已成为众多机 械产品，尤其是关键零部件制造过程 中的关键工序，直接催生了各类表面 强化技术的蓬勃发展 。 [1–3]
观结构和硬度产生影响。1972 年， Benjamin Wilcox 团队 [20] 采用功率 密度为 1.2~2.2GW/cm2、脉宽 32ns 的
米量级，其诱导的冲击波峰值压力可 达吉帕（GPa）量级。超高压力引起的 靶材应变速率可达到 107s–1 量级，较之
所产生的反冲压力。1964 年，美国 国家航天局（NASA）的 Neuman[17] 研究发现，采用 50ns 的激光脉冲所
吸收层（又称烧蚀层，常用铝箔、黑 面的选择性定域化处理。
得显著的冲击压力。这一突破性成
漆）的工件表面，如图 1 所示 [14]。吸
总体上看，激光喷丸技术具有良 果为后续几年探索激光诱导冲击波
收层受激光辐照迅速气化、电离，形 好的柔性和适应性，在宏、微观表面 作为材料加工工具的研究打开了大
成等离子体。等离子体持续吸收能 工程领域具有广泛的应用前景。本 门。不久后，学者们就开始关注激光
激光喷丸强化技术
摘要激光喷丸强化技术是一种有效的金属疲劳解决方案，是具有很多优越性的全新的金属表面强化技术。
与常规喷丸类似，也是通过在金属表面引入残余压应力而增强金属零件的抗疲劳性能。
不同的是，激光喷丸是利用高能脉冲激光在零件表面诱导产生冲击波，冲击波作用于金属表面产生机械“冷作”作用产生塑性变形引入残余压应力，而残余压应力增强了零件材料对表面相关破坏的抵抗能力。
本文对304不锈钢试样分别进行激光喷丸与机械喷丸处理，对处理结果分析表明通过激光喷丸处理，表层晶粒得到了细化，但没有产生明显的马氏体相变，随着喷丸能量密度增大，应力腐蚀敏感性减小；而通过机械喷丸处理的试样，晶粒细化的同时诱发了明显的马氏体相变，随着喷丸压力升高，应力腐蚀敏感性呈现先减小后增大的变化趋势。
关键词：激光喷丸强化技术，机械喷丸技术，马氏体相变，应力腐蚀目录1绪论 (3)1.1激光喷丸强化技术的研究背景 (3)1.2激光喷丸强化技术的研究现状 (4)2 传统喷丸强化技术 (6)2.1机械喷丸强化技术 (6)2.2超声喷丸强化技术 (7)3激光喷丸强化技术 (8)3.1激光强化技术技术原理 (8)3.2激光强化技术实验研究 (9)3.3激光强化技术实验结论 (11)4激光喷丸强化技术适用范围 (12)参考文献 (13)1绪论1.1激光喷丸强化技术的研究背景在实际的工程应用中，尤其是在机械工程和航空航天等领域应用的机械产品和装备中，其关键零部件通常受到热、力等交变载荷的作用，常常发生磨损、断裂和疲劳破坏，导致产品在有效寿命期内过早报废。
疲劳破坏作为一个逐渐发展的过程，通常包括裂纹形成、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展三个阶段。
完整的疲劳过程分析，既要研究裂纹的萌生，也要研究裂纹的扩展，但对于某些在制造或使用过程中已不可避免地引入了裂纹或类裂纹缺陷的构件，则主要考虑如何采用延寿工艺控制其裂纹扩展，提高疲劳寿命。
为有效提高结构件的抗疲劳失效的能力，目前国内外学者主要开展了两个方面的工作：一方面，致力于提升零部件表面性能的先进制造方法研究，如热处理、深冷处理、电磁热处理、复合材料胶补、激光改性等方法已逐渐应用于零件表面改性和延寿；另一方面，针对疲劳裂纹断裂机制和寿命预测模型开展了探索研究，目标是建立科学的设计理念和安全准则。
喷丸强化技术
精选课件
20
激光喷丸（LY2合金）
喷
精选课件
21
马壮, 等. 特种加工技术与装备，10（2007）36.
激光喷丸（6061-T6合金）
精选课件
22
周建忠, 等. 中国激光，38（2011）0703009-1.
激光喷丸（6061-T6合金）
精选课件
23
周建忠, 等. 中国激光，38（2011）0703009-1.
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。
精选课件
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. 材料精表选面课工件程技术，2010.
8
材料：2024-T351铝合金板材
精王选明课涛件 , 等. 航空制造技术，5（2012）92.9
二次喷丸： 铸钢丸+玻璃丸
精选课件
14
王欣, 等. 材料保护，44（2011）9.
2124-T851铝合金喷丸
精选课件 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. 中国精选表课面件工程，20（2007）18.
0.1-0.8 mm
精选课件
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。
精选课件
4
表面强化工艺
表面强化工艺
是一种通过某种工艺手段使零件表面获得与基体材料不同的组织结构和性能的技术。
这种技术可以提高零件的硬度、强度、耐磨性、疲劳强度以及抗冲击性能等，从而延长零件的使用寿命，节约稀有、昂贵材料，并促进高新技术的发展。
常见的表面强化方法有以下几种：
1. 喷丸强化：通过高速喷射具有一定硬度的丸粒（如钢丸、玻璃丸等）对零件表面进行冲击，使其产生冷态塑性变形，从而提高硬度和抗磨性。
2. 滚压加工：利用滚压工具在零件表面形成一定的压缩层，提高其硬度和抗磨性。
滚压加工包括滚压、滚磨、滚光等方法。
3. 液体磨料强化：采用一种特殊的液体介质（如珩磨油、乳化液等），其中含有具有一定硬度的磨料颗粒。
通过液体介质对零件表面进行磨擦，使表面产生冷态塑性变形，从而提高硬度和抗磨性。
4. 表面热处理：通过改变零件表面层的组织结构，使其获得一定的硬度和强度。
常见的表面热处理方法有淬火、回火、渗碳、渗氮等。
5. 化学表面处理：通过化学方法改变零件表面的组织结构和性能，如化学镀、化学转化膜等。
表面强化工艺是一种通过各种方法提高零件表面性能的技术，可以延长零件的使用寿命，节约材料，并提高零件的性能。
在汽车制造、航空航天、机械制造等领域有广泛的应用。
喷丸强化技术的应用
痕或凹陷。由于产生 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 ，于是无数 凹陷重叠形
成均匀的残余压应力层。 众所周知 ，在一个压应力 区域 ，裂纹难 以形成或延
３ ．喷丸强化所用介质的选择
喷丸强化 使用 的介质包括 圆形 的小 钢丸 、不锈钢切 丝 、搪瓷珠或玻璃珠 ，最常用 的是铸钢 丸。如 果不希望 零件在强化后表面可能 留有一些 铁屑斑污 ，可选 择不锈
料 ，压应力与材料的拉伸强度直接关 联。材料拉伸 强度 越高 ，需要导人的压应力也越大 。高 强度材料具 有较坚 固的晶体结构 。晶格能抵挡较高程度 的挤压 ，从 而能存 储更多的残余应力。
质 （ 钢丸）连续捶打零件表面。每颗钢 丸撞击金 属零件
上 ，宛如一个 微型棒捶敲打表面 ，在工件 表面形成 小压
钢材 料介质 。
展。由于几乎所有的疲劳和应力腐蚀失效都发 生在零件 表面或靠近表面的地方 ，因而通 过喷丸强化导 入压应力 可显著地延长零件 寿命 。
很多金属疲 劳失效 的元 凶是拉应 力。这些拉应 力的
处理过的不锈钢切 丝 ，其 优点 是均匀 、一致且 高度 耐用 ，且 比钢丸有更多种不同等级硬度 和尺寸可供选择。 玻璃珠一 般 小而 轻 ，对 于 一些 精 密零 件 或易 损 零
强化对 于以下两种情况效果 特别显著 ：① 应力诱导
处。应力诱 导包 括 圆角 、缺 口、跨 孑 、凹槽和 键槽 等。 Ｌ 强化导入一个高强度 、局部压应 力 ，从而抵消这 些形状
１ ．喷丸强化的工艺原理
喷丸强化是一个冷处理过程 ，即无数 个小 圆形 的介
变化 引起 的拉应力集 中。②高强度 材料。对于高 强度材
激光冲击强化技术
国内从20世纪90年代开始激光冲击强化技术的研究，主要进行了理论探讨和针对钢材、铝合金材料等的试验研究。开展了激光冲击强化研究的单位主要有中国科学技术大学、江苏大学、南京航空航天大学、华中理工大学、北京航空制造工程研究所、航空材料研究院、北京航空航天大学、空军工程大学等单位。
南京航空航天大学的探索研究比较早，初步验证了激光冲击强化是有作用的，在国内具有一定开创性。华中理工大学对LY12铝合金冲击前后的试件做了疲劳实验，并进行了初步的微观机理研究，表明激光冲击强化使位错密度提高21倍、表面产生49.43MPa的残余压应力。北京航空制造工程研究所对铝合金LY112铆接试件的铆钉孔进行激光冲击强化实验，表明激光冲击强化能稳定提高铆接结构疲劳寿命约80%，该所从俄罗斯引进了可进行单次冲击试验用的激光器设备，但由于俄罗斯并未专门研制激光冲击强化用激光器，该激光器不能满足工业应用要求。
2006 年～2007 年从表面粗糙度、残余应力和微观 组织结构方面研究了 LSP 使材料表面抗疲劳、抗腐 蚀、抗打伤能力提高的机理。如图 2 所示，LSP 能大幅 提高材料表面的残余压应力，表面残余压应力最高 达-1190 MPa 左右，且残余压应力的影响深度达 1 mm 左右。残余压应力的存在将改变结构表面的应力 场分布，提高材料的疲劳强度。激光冲击诱发的残余 压应力能使零件实际承受的应力比减小，其结果将使疲 劳裂纹扩展阈值获得提高，疲劳裂纹的扩展速率明显降 低。残余应力层越深，裂纹产生的位置越靠近材料内部， 裂纹越不容易产生，材料的疲劳性能就越好。
涂层的作用主要是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，目前常用的涂层材料有黑漆和铝箔等。约束层除了能约束等离子体的膨胀从而提高冲击波的峰值压力外，还能通过对冲击波的反射延长其作用时间，目前最常用的约束层为流水。
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。
喷丸强化基础知识ballshotpeening
喷丸强化工艺技术简介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%。
金属材料的喷丸强化原理及其强化机理综述
金属材料的喷丸强化原理及其强化机理综述喷丸强化是一种常用的金属表面处理技术，通过将高速喷射的金属颗粒或研磨料冲击在金属表面上，可以改善金属的表面质量、增强金属的抗疲劳性能和耐蚀性能。
喷丸强化的原理及其强化机理主要有以下几个方面：1.表面清理：喷丸强化过程中，高速喷射的金属颗粒或研磨料冲击在金属表面上，可以将表面的氧化物、油污、锈蚀物等清除干净，从而提高金属表面的清洁度和质量。
2.表面硬化：喷丸强化会在金属表面形成一定深度的冷作硬化层，这是因为金属颗粒或研磨料的冲击会引起金属表面的塑性变形和冷变形，从而产生强化效果。
这种硬化层可以增加金属材料的硬度和耐磨性，提高抗疲劳性能。
3.残余压应力：喷丸强化会在金属表面产生一定的残余压应力，即冲击力的作用下，金属表面产生压缩变形，而内部则产生拉伸变形。
这些残余压应力的存在可以有效地阻止裂纹和缺陷的扩展，提高金属材料的抗拉强度和延伸率。
4.容积效应：喷丸强化可以在金属表面形成很多微小的挤压区，这些微小的挤压区可以有效地增加金属的表面积，增强金属与周围环境的接触，从而提高金属的氧化和腐蚀性能。
5.变形和急冷回火效应：喷丸强化过程中，金属颗粒或研磨料的冲击会引起金属表面的塑性变形和变形加热，而喷射介质的冷却能力很强，会在喷丸后对金属表面进行急冷回火。
这种急冷回火效应可以改善金属的晶粒结构和组织性能，提高金属的韧性和抗疲劳性能。
总之，喷丸强化通过冲击、压缩、冷变形和急冷回火等机制，对金属材料的表面和组织进行改善和增强，从而达到提高金属的性能和延长使用寿命的目的。
这种技术在航空、航天、能源、汽车等领域有着广泛的应用前景。
弹簧喷丸强化技术规范
弹簧喷丸强化技术规范1.范围本标准适用于以提高和改善弹簧疲劳强度与应力腐蚀断裂强度为目的的喷丸强化工艺技术。
包括：圆柱螺旋压缩弹簧和汽车钢板弹簧，其它弹簧的喷丸处理可参照使用。
本标准规定了圆柱螺旋压缩弹簧（简称圆簧）和汽车钢板弹簧（简称板簧）喷丸强化的适用范围、术语、喷丸介质的要求、试片、试片夹具和弧高度测具、技术要求、检验规则与试验方法等。
2.规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘3.6弧高度曲线在其他的喷丸强化工艺参数不变的条件下，同一类型的试片分别各自接受不同时间的喷丸，获得一组弧高度值f随喷丸时间t（或喷丸次数）变化的数据，由这组数据在弧高值-时间坐标上绘制出的曲线，叫做弧高度曲线。
3.7喷丸强度任何一组工艺参数下的弧高度曲线上只存在一个饱和点，过此饱和点弧高度值随喷丸时间而缓慢增高。
在一倍于饱和点的喷丸时间下，弧高值的增量不超过饱和点处弧高值的10%，饱和点处的弧高值就定义为该组工艺参数的喷丸强度。
3.8表面覆盖率受喷零件表面上弹坑占据的面积与受喷表面总面积的比值，称为表面覆盖率（简称覆盖率），通常以百分数表示。
3.10普通喷丸（自由喷丸）??弹簧在无任何外力作用和常温下自由接受喷丸强化处理。
3.11应力/应变喷丸弹簧在恒定的外力作用下接受喷丸强化处理。
3.12多级喷丸弹簧接受数次（通常1至3次）喷丸强化处理。
4.喷丸强化原理喷丸强化工艺是利用高速运动的弹丸流对金属表面的冲击而使表面产生循环塑性应变层，由此导致该层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余压应力场。
表层的显微组织和残余压应力场是提高金属材料及其弹簧的疲劳（包括微锐角的或呈长针状的弹丸，铸造丸中含有沙眼和气孔的弹丸以及尺寸超出规定规格的弹丸，均称为不合格弹丸。
合格弹丸形状图1-1合格弹丸形状不合格弹丸形状ａ）呈长针状、沙眼和气孔的弹丸????????????ｂ）尖锐角的弹丸图1-2不合格弹丸形状图1弹丸形状是用70中的要求，A型试片适用于中强度范围；N型试片适用于低强度范围；C型试片适用于高强度范围。
齿轮表面的喷丸强化技术
平均值
相对值
平 均值 ３８ ． ５×ｌ。 Ｏ
相对值 ｌ０ Ｏ％
Ｏ７ ．５×ｌ。 １０ ０ ０ ％
间低 于 规 定 时 间时 ，可 以对 该 工 件再 进 行 一 次 补 充
强化
强化抛丸 （ ） ３ ２ Ｏ ４ ６ ＞５ ６ Ｏ ＞ｌ ｌ 次 ． ×ｌ。 ５ ％ ４ ． ×ｌ。 ０ ３％
３ 提高 齿轮的疲劳 寿命 ．
例３ ：一 汽 采 用 强 化 喷 丸 工 艺 对 “ 放 ”牌 汽 解 车 变 速 器 一 挡齿 轮 进 行 疲 劳寿 命 试 验 ，显 著 提 高 了 齿 轮 的疲 劳 寿 命 ，如 表 １ 示 。为 了提 高 “ 放 ” 所 解 牌 主 动 螺旋 齿 轮 的 疲 劳 寿命 采 用 大 圆弧 滚 刀切 齿 ， 增 大 齿轮 圆角 可 以 使 主 动 螺 旋 齿 轮 的寿 命 由２ ．３ ０８ 万 次 提 高 ￣ ６ ．４ 次 ，如 果 再 采 用 强 化 喷 丸 ，可 １ ９５ 万 １ 以 使 其疲 劳 寿 命 提 高到 ２ ０ 万 次 。 １． ９
Ａ ｍｅ Ｎ量 仪 ）测量 弯 曲弧 的 高 度 。 ｌ ｎＩ ］ 喷 丸 强 度 的 另一 种 检 验 方 法 为 残 留应 力检 测 ，
速度达２０ｒ ｎ ９ ０／ ，弹 丸硬 度 为 ５ ＨＲＣ ｍｉ ７ 。其 喷 丸试
验 结果 如 下 ：
即对强化喷丸后的工件进行残留应 力的检测 ，具体
例４ 齿轮 采 用 碳 氮 共 渗 后 喷 丸 强 化 ，提 高 了 ： 接 触 疲 劳 强 度 。 如 Ｓ Ｍ４ ０ ￣ 齿 轮 ，经 通 氨 气 等 Ｃ ２Ｈ 进 行 碳 氮 共 渗 ， 随 着 含 氮 量 的 增 加 ， △ＨＶ （ 硬 度 降 ）提 高 ，即 抗 回火 性 能 提 高 ， 回火 温 度 可 达 ３ ０ 。解 决 了 汽车 用 自动 变 速 器ＡＩ 常 规 渗 碳 齿 ０℃ Ｔ 轮 齿 面接 触 疲 劳 破坏 问题 。
弹簧喷丸强化技术运用
弹簧喷丸强化技术运用很早之前，一片轿车钢板弹簧热处置后，工匠们就会不断地用锤子连续击打、捶击它。
那时候工匠们并不理解他们这么做的作用会让板簧的运用寿命延伸6倍，而现在，这一现实已被工程师们充分晓得。
这一强化技术技术相同适用于圆柱螺旋弹簧（圆簧），扭杆，旨在不阀门弹簧一样程度前进和改善弹簧疲乏强度与应力腐蚀开裂强度。
其他一些飞机和轿车零部件，如连杆、曲轴、摇臂、行星齿轮、齿轮圈、航空发动机叶片、起落架、传动轴都将强化工序作为生产过程的必要过程，且拟定了严厉的技术标准。
先简略解释一下零件在强化后会发生哪些改动？一、强化技术的原理强化技术是运用高速运动的弹丸流对金属表面的冲板簧击而使表面发生循环塑性应变层，由此致使该层的显微组织发生有利的改动并使表层引进，剩下压应力场。
表层的显微组织和剩下压应力场是前进金属材料及其弹簧的疲乏开裂和应力腐蚀开裂抗力的两个强化要素，以前进弹簧的可靠性和耐久性。
强化是个“冷处置”技术，有别于金属零件在高温下的热加工处置。
压应力密封圈弹簧层一般延伸到材料表面下0.005”到0.030”深处。
如有必要，也可通过改动技术参数，如丸料标准、喷/抛射速度、喷/抛射角度、喷/抛射时间等来将压应力层延伸深度增大。
评价强化效果的两个重要参数是强度和覆盖率。
覆盖率（100%.200%或更大）主要是依托目测，而强度则需用代表性的弹簧钢试片进行测量（即阿尔门试片）二、强度测量零件校对东西（PVT）,计划用来将试片固定于一些特定方位，在这些方位的试片可模仿零件有强度需要且有必要进行强度检测的区域方位。
依据不一样运用，强度规模从0.015-0.030（在N等级上）。
三、弹簧强化设备类型1、离心式叶片抛丸强化设备2、气动喷嘴式喷丸强化设备前者的利益是速度快、产量高，比照适用于板簧、圆簧等产能需要高的零件之强化处置，它能在较短的时间里抛射到更多的区域，以及让被喷部位更快抵达丰满强度。
•一种连续链式输送系统的抛丸强化设备适用于板簧强化，多个抛头对准板簧的上表面，及左右周围面进行抛射•一种带指轴的连续通过式抛丸强化设备适用于圆簧强化，在抛丸室里有一个旋转辐轮，股动圆簧边旋改变通过，在此过程中，多个抛头对准其进行抛丸强化。
汽车零部件表面强化技术研究现状及展望
汽车零部件表面强化技术研究现状及展望一、引言。
大家都知道汽车在咱们生活中那可是扮演着超级重要的角色呀！而汽车发动机呢，就好比是汽车的“心脏”。
发动机里的那些零部件啊，天天都在高强度地工作着。
就像人需要锻炼身体来变得更强壮一样，这些零部件也需要一些特别的“锻炼”方法，也就是表面强化技术，来让它们更耐用、更可靠。
接下来，咱们就一起来看看这方面的研究现状和未来的发展方向吧。
二、汽车发动机零部件表面强化技术的研究现状。
# （一）喷丸强化技术。
喷丸强化就像是给零部件做一场“按摩”。
它是用很多小弹丸高速撞击零部件的表面，让表面产生一层压应力层。
就好比给零件穿上了一层“防护铠甲”，能大大提高它的抗疲劳性能。
比如说，汽车发动机的曲轴，这可是发动机里很关键的一个部件，它在工作的时候要承受很大的交变应力。
经过喷丸强化处理后，曲轴的疲劳寿命就能显著提高。
很多汽车制造厂家都在广泛使用这种技术呢，像大众、丰田这些知名品牌，在生产发动机的时候都会对一些关键零部件进行喷丸强化处理。
# （二）激光表面强化技术。
激光表面强化技术那就更厉害了，它就像是给零部件做一场“精准手术”。
激光束可以很精确地对零部件的表面进行加热和处理，让表面的材料性能得到改善。
比如说，对发动机的气门进行激光表面强化处理后，气门的耐磨性和耐腐蚀性都会大大增强。
举个例子啊，一辆经常在恶劣环境下行驶的汽车，它的发动机气门如果没有经过激光表面强化处理，可能用不了多久就会因为磨损和腐蚀而出现问题。
但是经过处理后，就能在这种恶劣环境下更耐用啦。
现在，宝马、奔驰等一些高端汽车品牌在发动机制造中也开始越来越多地应用激光表面强化技术。
# （三）化学热处理强化技术。
化学热处理强化技术呢，有点像是给零部件做一场“营养补充”。
它是通过让零部件表面的材料和一些化学物质发生反应，改变表面的化学成分和组织结构，从而提高它的性能。
比如常见的渗碳、渗氮处理。
像发动机的齿轮，经过渗碳处理后，表面的硬度会大大提高，耐磨性也会变得更好。
喷丸强化技术
一、喷丸强化技术原理
高速喷射的弹丸颗粒连续不断撞击齿面的过程，如同无数小锤对齿面进行锤击，使齿面产生极为强烈的塑性形变，使齿面产生一定厚度的冷作硬化层，这一硬化层即齿面的强化层，由此产生强化及表面压应力，达到提高齿轮疲劳强度和提高使用寿命的一项表面冷处理强化技术。
喷丸强化也称之为强化喷丸或受控喷丸。
齿轮喷丸强化是一种受控的喷丸技术，是将高速的弹丸流连续不断撞击齿面，使齿面在弹丸流的撞击作用下发生塑性变形（塑性变形层的厚度通常处于0.1-0.8mm之间）。
这一影响延伸到齿轮材料的表层，在表层下产生较高的残余压应力、加工硬化和组织细化等有利的变化，抵消不良的拉应力，该残余压应力延缓了的疲劳断裂的形成，有效的提高了齿轮的疲劳强度，延长了齿轮的使用寿命。
二、齿轮喷丸强化的工艺参数
青岛丰东热处理有限公司专业提供热处理服务，可为客户提供化学热处理(渗碳、渗氮、碳氮共渗)、真空热处理、等离子热处理(离子渗氮)、常规热处理(含深冷处理)等四大领域的热处理加工服务。
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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。
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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。
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. 351铝合金板材
王明A 涛, 等. 航空制造技术，5（2012）92.9
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激光喷丸（LY2合金）
喷
喷
丸
丸
前
后
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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）
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23
周建忠, 等. 中国激光，38（2011）0703009-1.
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.
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
0.1-0.8 mm
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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。
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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、
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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.
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Al-Zn-Mg合金高能喷丸
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
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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
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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。
轴承、涡轮盘、叶片及模具、切削工具等。
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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）
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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）
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张新华, 等. 航空制造技术，13（2008）78.
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、
超声喷丸与普通喷丸效果比较 （7075-T651合金）
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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.
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谢谢各位！ 不足之处敬请指正！
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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。