最新6第六章表面改性技术

3．喷丸
利用高速弹丸强烈冲击零部件表面，使之 产生形变硬化层并引进残余压应力。
喷丸强化已广泛用于弹簧、齿轮、链条、 轴、叶片、火车轮等零部件；
可显著提高抗弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳、抗 应力腐蚀疲劳。抗微动磨损、耐点蚀（孔 蚀）能力。
KS1200D干式喷丸机
（二）喷丸表面形变强化工艺及应用
1．喷丸材料 （1）铸铁弹丸：冷硬铸铁弹丸是最早使 用的金属弹丸。
近十几年发展起来的新型喷丸材料， 已在国防工业和飞机制造业中获得广泛应 用。 脆性较大 。
（5）陶瓷弹丸
弹丸硬度很高，但脆性较大。喷丸后表层 可获得较高的残余应力。
（6）聚合塑料弹丸
是一种新型的喷丸介质，以聚合碳酸酯 为原料，颗粒硬而耐磨，无粉尘，不污 染环境，可连续使用，成本低，而且即 使有棱边的新丸也不会损伤工件表面。
（5）喷丸表层的残余应力
喷丸处理能改善零件表层的应力分布。
喷丸后的残余应力来源于表层不均匀的塑性 变形和金属的相变，其中以不均匀的塑性变 形最重要。
工件喷丸后，表层塑性变形量和由此导致的 残余应力与受喷材料的强度、硬度关系密切。
残余压应力
常用于消除酚醛或金属零件毛刺和耀眼 光泽。
（7）液态喷丸介质
包括二氧化硅颗粒和氧化铝颗粒等。
喷丸时用水混合二氧化硅颗粒，利用压 缩空气喷射。
注意：强化用的弹丸与清理、成型、校形 用的弹丸不同，必须是圆球形，不能有棱 角毛刺，否则会损伤零件表面。
一般来说，黑色金属制件可以用铸铁丸、 铸钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸。
合适的喷丸强化工艺参数要通过： 喷丸强度试验和表面覆盖率试验来确定。 喷丸强度试验
弧高度
弧高度与时间的关系
在对试片进行单 面喷丸时，初期的 弧高度变化速率快， 随后变化趋缓，当 表面的弹丸坑占据 整个表面（即全覆 盖率）之后，弧高 度无明显变化，这 时的弧高度达到了 饱和值。
喷丸强度
当弧高度f达到饱和值，试片表面达到全 覆盖率时，以此弧高度f定义为喷九强度。
（1）机械离心式喷丸机
机械离心式喷丸机又称叶轮式喷丸机或抛丸机。 工作时，弹丸由高速旋转的叶片和叶轮离心力加 速抛出。
弹丸离开叶轮的切向速度为45m／s－75m／s。 这种喷丸机功率小，生产效率高，喷丸质量稳定， 但设备制造成本较高。
主要适用于要求喷丸强度高、品种少批量大、形 状简单尺寸较大的零部件。
喷丸强度的表示方法是0.25C或fc=0.25， 字母或脚码代表试片种类，数字表示弧 高度值（单位为mm）。
（2）表面覆盖率试验
喷丸强化后表面弹丸坑占有的面积与总 面积的比值称为表面覆盖率。
一般认为，喷丸强化零件要求表面覆盖 率达到表面积的100％即全面覆盖时，才 能有效地改善疲劳性能和抗应力腐蚀性 能。
（2）弹丸粒度对喷丸表面粗 糙度的影响
（3）弹丸硬度对喷丸表面形貌的影响
（4）弹丸形状对喷丸表面形貌的影响
球形弹丸高速喷射工件表面后，将留下 直径小于弹丸直径的半球形凹坑，被喷 面的理想外形应是大量球坑的包络面。 这种表面形貌能消除前道工序残留的痕 迹，使外表美观。同时，凹坑起储油作 用，可以减少摩擦，提高耐磨性。
有色金属如铝合金、镁合金、钛合金和不 锈钢制件则需采用不锈钢丸、玻璃丸和陶 瓷丸。
2．喷丸强化用的设备
喷丸采用的专用设备，按驱动弹丸的方式可 分为： 机械离心式喷丸机和气动式喷丸机两大类。 喷丸机又有干喷和湿喷之分。
干喷式工作条件差，湿喷式是将弹丸混合在 液态中成悬浮状，然后喷丸，因此工作条件 有所改善。
铸铁弹丸易于破碎，损耗较大，要及时分离排除破碎 弹丸，否则会影响零部件的喷丸强化质量。目前这种
弹丸已很少使用。 （2）铸钢弹丸：铸钢弹丸的品质与碳含 量有很大关系。
（3）钢丝切割弹丸
弹簧钢丝（或不锈钢丝）切制成段制成。
钢弹丸的组织最好为回火马氏体或贝氏体。使用寿命比铸 铁弹丸高 20倍左右。
（4）玻璃弹丸
（2）气动式喷丸机
气动式喷丸机以压缩空气驱动弹丸达到高速度后撞 击工件的受喷表面。
这种喷丸机工作室内可以安置多个喷嘴，因其方位 调整方便，能最大限度地适应受喷零件的几何形状。 而且可通过调节压缩空气的压力来控制喷丸强度， 操作灵活，一台喷九机可喷多个零件。
适用于要求喷丸强度低、品种多、批量少、形状复 杂、尺寸较小的零部件。它的缺点是功耗大，生产 效率低。
6第六章表面改性技术
第一节 金属表面形变强化
表面形变强化是提高金属材料疲劳强度的重要工艺措施之一
一、表面形变强化原理
基本原理是通过机械手段（滚压、内挤压 和喷丸等）在金属表面产Байду номын сангаас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 0.5mm～1.5mm。
2．内挤压
内孔挤压是使孔的内表面获得形变强化 的工艺措施，效果明显
气动式喷丸机根据弹丸进人喷嘴的方式又 可分为： 吸人式、重力式和直接加压式三种。
吸入式喷丸机结构简单，多使用密度较小 的玻璃弹丸或小尺寸金属弹丸，适用于工 件尺寸较小、数量较少、弹丸大小经常变 化的场合，如实验室等。
重力式喷丸机结构比吸人式复杂，适用于 密度和直径较大的金属弹丸。
3．喷丸强化工艺参数的确定
喷丸表层的组织变化
金属表面经喷丸后，表面产生大量凹坑形式的塑性 变形，表层位错密度大大增加。而且还会出现亚晶 界和晶粒细化现象。
喷丸后的零件如果受到交变载荷或温度的影响，表 层组织结构将产生变化，由喷丸引起的不稳定结构 向稳定态转变。
例如，渗碳钢表层存在大量残余奥氏体，喷丸时，这些残余奥氏体可能 转变成马氏体而提高零件的疲劳强度； 奥氏体不锈钢特别是镍含量偏低的不锈钢喷丸后，表层中部分奥氏体转 变为马氏体，从而形成有利于电化学反应的双相组织，使不锈钢的抗腐 蚀能力下降。
（3）选定喷九强化工艺参数
金属材料的疲劳强度和抗应力腐蚀性能 并不随喷丸强度的增加而直线提高，而 是存在一个最佳喷丸强度，它由试验确 定。
4．旋片喷丸工艺
5．喷丸表面质量及影响因素
(1) 喷丸表层的塑性变形和组织变化。
金属的塑性变形来源于晶面滑移、孪生、 晶界滑动、扩散性蠕变等晶体运动，其 中晶面间滑移最重要。晶面间滑移是通 过晶体内位错运动而实现的。