汽车零件的表面强化工艺.

第一节 零件表面机械强化处理
一、机械表面处理的强化原理 1.表面形变强化
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图8-1 喷丸形变硬化层结构和残余应力分布示意图
图8-2 喷丸强化后硬度分布
一、机械表面处理的强化原理
2.形成表面残余应力
一、机械表面处理的强化原理
3.表面形貌变化
工件疲劳断裂大多从表面开始, 疲劳源发生在工 件表面。工件表面缺陷, 如机械加工的刀痕、细裂纹 及锈蚀有时就是裂纹源的滋生地。工件上存在倒角、 凹槽等应力集中的位置, 有时也是疲劳断裂开始的位 置。表面强化可以消除或降低应力集中, 特别是滚压 和孔挤压还能提高表面粗糙度, 因而可以显著提高工 件疲劳强度, 降低工件对缺陷的敏感性。
三、表面喷砂处理
2. 喷砂机的分类 1）吸入式干喷砂机 一个完整的吸入式干喷砂机一般由六个系统组成，即结构 系统、介质动力系统、管路系统、除尘系统、控制系统和辅助 系统。吸入式干喷砂机是以压缩空气为动力，通过气流的高速 运动在喷枪内形成的负压，将磨料通过输砂管。吸入喷枪并经 喷嘴射出，喷射到被加工表面，达到预期的加工目。 2）压入式干喷砂机 一个完整的压入式干喷砂机工作单元一般由四个系统组成， 即压力罐、介质动力系统、管路系统、控制系统。压入式干喷 砂机是以压缩空气为动力，通过压缩空气在压力罐内建立的工 作压力，将磨料通过出砂阀。压入输砂管并经喷嘴射出，喷射 到被加工表面达到预期的加工目。
第一节 零件表面机械强化处理
三、表面喷砂处理 1. 喷砂原理及应用范围 原理：喷砂是采用压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料 高速喷射到工件表面，由于磨料冲击和切削作用，使工件的表 面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，使工件表面的机械性能 得到改善，因此提高了工件的抗疲劳性。 应用范围： 1）工件涂镀、工件粘接前处理 2）铸件、热处理后工件的表面清理 3）机加工件飞边清理 4）改善零件的力学性能 5）光饰作用
第一节 零件表面机械强化处理
二、表面喷丸处理
表面喷丸处理，也称喷丸强化，是将高速弹丸流 喷射到零件表面，使表层发生塑性变形，而形成一定 厚度的强化层，强化层内形成较高的残余压应力，从 而提高零件的疲劳强度和使用寿命。 1. 喷丸强化设备及弹丸 喷丸强化用的设备主要有两种结构形式: 气动式 与机械离心式。
1. 喷丸强化设备及弹丸
喷丸 常用的弹丸可分为铸铁弹丸、铸钢弹丸、不锈钢弹丸、
钢丝切割弹九、玻璃弹丸、陶瓷弹丸及其它非金属弹丸 等。目前已有多种合成材料和矿物性材料可供选用，应 用较多的是刚玉弹丸。 喷丸介质的力学性能指标主要是冲击韧度和硬度。由于 喷丸时弹丸高速撞击工件，弹丸必须具有较高的冲击韧 度，才能避免大量破碎。显然。钢丸的冲击韧度高于铸 铁丸，其中尤其以钢丝切割丸最好。弹丸的硬度与喷丸 强度密切相关，它直接影响到喷丸效果。一般应在保证 弹丸具有足够冲击韧度的条件下。尽量提高硬度。 弹丸的大小相差也很大，可以从几微米到几毫米，应根 据喷丸目的和工艺条件，按照国家标准选用。
第二节 化学处理
一、化学热处理的基本原理
1. 分解 分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学 反应。它可能通过三种反应生成: 分解反应 如2NH3→2[N]+3H2 置换反应 如SiCl4+2Fe→2FeCl2+[Si] 还原反应 如2BF2→BF4+[B] 化学反应速度除取决于反应物的本性外,还与温度、压 力、浓度、催化剂有关。
二、表面喷丸处理
2. 喷丸工艺 喷丸后残余压应力的蜂值和延续深度体现了喷丸的 效应。它与工件的材料和状态。以及喷丸时的多个 工艺参数有关。 喷丸的工艺参数包括：弹丸特性、弹丸流的速度和 流量、喷丸时间、弹丸流对受喷面的相对位置等。 生产实际中并不单独测量上述各个工艺参数，而是 测定综合性的喷丸强度和表面覆盖率。目前各国均 采用喷丸强度和表面覆盖率来控制和检验喷丸强化 的质量。
1. 喷丸强化设备及弹丸
气动式喷丸机 吸入式喷丸机
1. 喷丸强化设备及弹丸
气动式喷丸机 重力式喷丸机
1. 喷丸强化设备及弹丸
气动式喷丸机 直接加压式气动喷丸机
1. 喷丸强化设备及弹丸
机械离心式抛丸机
1. 喷丸强化设备及弹丸
内孔喷丸机
1. 喷丸强化设备及弹丸
旋片( 旋板) 喷丸器
一、化学热处理的基本原理
2. 吸附
吸附是活性原子(或离子)与金属原子产生键合而进入其表层 的过程。 固体表面的吸附作用，按其作用力性质可分为物理吸附与 化学吸附。物理吸附与化学吸附常常是相伴发生的,如金属钨吸 附氧,既存在化学吸附的原子状态氧,也存在物理吸附的分子状 态氧。表面吸附作用与催化作用是密切不可分的,吸附作用可能 促进分解过程。 如用CO为气体渗碳剂时,CO分解生成活性碳原子,反应式为: 2CO→CO2+[C] Fe先吸附CO中C,使C与O原子间距离增大,减弱C与O原子 间结合力,使这个O原子就很容易与CO反应生成CO2。而[C]则 被Fe吸附后,提高钢表面的碳浓度,为碳向内部扩散提供了浓度 梯度条件。由此可见,钢表面吸附CO,对渗剂中CO的分解和碳 原子的被吸附起着极其重要的作用。
一、化学热处理的基本原理
3. 扩散
扩散就是工件表面吸附的活性原子(或离子)后,其 表面浓度提高,形成浓度梯度,创造了扩散条件,使渗入 元素向其内部迁移形成一定厚度扩散层的过程。 晶体结构对扩散系数影响较大,碳在奥氏体中扩 散激活能比在铁素体中要大,这与面心立方结构奥氏体 的致密度大有关。
汽车制造工艺
第八章 零件的表面强化工艺
主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 零件表面机械强化处理 化学处理 表面淬火处理 激光热处理技术 其他热处理工艺简介
第一节 零件表面机械强化处理
表面机械强化处理是利用机械能使工件表面产生塑 性变形，引起表面形变强化的方法，亦称为表面形 变强化。有喷丸、喷砂、滚压和孔挤压等工艺。 腐蚀、磨损、断裂是机器零部件的三大失效模式， 其中以断裂失效带来的灾难与损失最大。而断裂失 效中疲劳断裂所占比例最高。汽车中的一些重要零 部件，如弹簧、轴、齿轮、连杆、车轮等承受循环 交变载荷，有时发生疲劳断裂失效。而表面机械强 化处理是提高机器零部件疲劳寿命最为有效的手段。