表面噴丸強化技術

1、表面噴丸強化技術一、噴丸強化概述二、噴丸強化原理三、噴丸強化工藝參數(shù)四、噴丸強化設備 一、噴丸強化概述 噴丸強化是高速運動的彈丸噴射材料表面并使其表層發(fā)生塑性變形的過程。 噴丸過程中，彈丸反復打擊材料的表面，最終在材料表面附近形成一塑性變形層即強化層的深度，其深度為0.10.8mm。合理利用引入表面塑性變形層的1、殘余壓應力場2、變形顯微組織 3、殘余奧氏體向馬氏體轉變可以改善材料疲勞及應力腐蝕抗力。 同時，即使是精加工后的表面，仍然存在著加工的刀痕，往往是疲勞裂紋的起源。 噴丸處理除了產(chǎn)生應力強化和組織強化外，咳可以有效消除這些加工刀痕。 歷史上講，噴丸強化是本世紀三十年代發(fā)展起來的一種表面

2、強化工藝，首先應用于汽車制造中的各種彈簧，一提高其疲勞壽命。 目前，噴丸工藝在國外，已廣泛應用于鋁合金、鈦合金、鎂合金、不銹鋼、結構鋼、高強和超高強鋼、高溫合金及粉末冶金等零構件。二、噴丸強化原理 在彈丸沖擊下，材料表層產(chǎn)生循環(huán)塑性應變，材料層發(fā)生四種變化： 1、表面粗糙度發(fā)生變化 2、表層引入殘余壓應力場 3、表層形成塑性形變細化組織 4、表層殘余奧氏體向馬氏體轉變 1、應力強化 噴丸引入材料表層的殘余應力沿表層深度的分布如圖。其中，殘余壓應力的深度 隨著材料強度和噴丸工藝參數(shù)而變化。c2、組織強化 噴丸應變層內的組織結構，包括位錯密度及形態(tài)、晶粒形狀、亞晶粒尺寸、相轉變等方面均發(fā)生變化。

3、對于多數(shù)材料，噴丸應變層內的位錯密度增高、晶體點陣畸變增大，亞晶粒細化。 這些因素，都可以阻礙疲勞裂紋在材料表面和次表面的萌生，延長疲勞裂紋成核壽命。 有時，噴丸處理會導致表面粗糙度增大，這會給材料的疲勞強度帶來損失。 但是，噴丸處理導致粗糙度增高所帶來的疲勞強度損失，總是小于應力強化和組織強化所帶來的疲勞強度增益。 而且，還可以通過工藝參數(shù)，改變噴丸后的表面粗糙度，從而獲得最佳的強化效果。三、噴丸強化工藝參數(shù) 包括彈丸直徑及硬度，彈丸速度及流量，噴射角度及時間，噴嘴至零件表面的距離。 而在一定的噴丸強度和表面覆蓋率具有一定的噴丸強化效果。 通過要求控制和檢驗的噴丸工藝參數(shù)，主要是彈丸尺寸和形

4、狀、彈丸強度及表面覆蓋率，而其中最重要的是噴丸強度。 1、噴丸參數(shù)（1）彈丸 它是噴丸強化工藝中使用的形狀為球形或無棱角的圓柱形且均為實心的介質材料。 噴丸強化使用的彈丸包括玻璃丸、鑄鋼丸、不銹鋼丸、切制鋼絲、陶瓷丸、塑料丸等。（2）弧高度試片及弧高度值 用65Mn冷軋彈簧鋼帶制成的測量噴丸強度的標準試片就是弧高度試片。 試片單面在彈丸沖擊下，表面層發(fā)生塑性變形，由此導致試片想噴射面呈球面狀彎曲。 基準面至球面最高點的距離成為弧高度。（3）噴丸強度 在其它噴丸強化工藝參數(shù)固定的條件下，試片的弧高度值起初隨著噴丸時間而迅速增高，但隨后逐漸變緩，最終達到飽和或準飽和。 過飽和點后弧高度值與噴丸時間

5、之間成線性關系。直線段外推與曲線的偏離點為飽和點，飽和點處的弧高度值，稱為噴丸強度。（4）表面覆蓋率 在被噴丸零件表面的規(guī)定部件上，彈痕占據(jù)的面積與要求噴丸強化的面積的比值，稱為表面覆蓋率。 當噴丸覆蓋率低于100%時，可用工具顯微鏡直接測量。 對于實際零件的噴丸，其覆蓋率肯定是超過100%時，覆蓋率計算公式為 （實際噴丸時間/覆蓋率100%噴丸時間）100%2、噴丸強化工藝參數(shù)的選擇原則 在低噴丸強度范圍內，疲勞強度隨噴丸強度增高逐漸增高，但超過一定噴丸強度之后，疲勞強度則開始下降。 對于任一種材料，在其尺寸、加載方式及環(huán)境等條件不變的情況下，均有一個最佳的噴丸強度，此時可獲得最佳的強化效果

6、。3、特殊噴丸工藝（1）二次噴丸（2）熱噴完（3）預備應力噴丸（4）復合噴丸強化四、噴丸強化設備1、氣動式噴丸機 氣動式噴丸機以壓縮空氣驅動彈丸達到高速都裝機工件的受噴表面。 氣動式噴丸機可以安置多個噴嘴，其位置和方向調整方便，能最大限度地適應受噴件的幾何形狀。 可利用壓縮空氣的壓強來調節(jié)噴丸強度，操作比較靈活。（1）吸入式氣動噴丸機壓縮空氣通過噴嘴的彈與氣的混合室，在彈丸的入口處形成負壓，壓縮空氣將彈丸從貯丸箱內吸入氣流中，使彈丸被加速。 吸入式噴丸機適于玻璃彈丸或小尺寸金屬彈丸， 彈丸很難由負氣壓吸入噴嘴。 噴丸機工作時，噴嘴與工件被噴面需保持一定距離，列如100250mm范圍，而且噴嘴與噴面還需保持一定角度。 噴丸機工作時，工作臺帶動工件旋轉，使受噴表面均勻覆蓋。（2）重力式氣動噴丸機 這類噴丸機，彈丸依靠專門的提升機構上升到一定高度，然后經(jīng)過彈丸分離器，按所需流量進入噴嘴。 重力式噴嘴機的噴嘴與吸入式相同，工作時的區(qū)別在于彈丸是賴自重進入噴嘴，因此，能比較好地控制彈丸速度和彈流量。 重力式氣動噴丸機結構比吸入式復雜，時候使用比重、直徑較大的金屬彈丸。2、葉輪式離心噴丸機由彈丸送進管1通過彈丸控制閥2進入高速旋轉的葉輪3中心，被葉片4離心力拋出。改變分配器5的開口位置，可以控制彈丸的噴射方向。 彈丸的速度，取決于葉輪轉速