淺談金屬的噴丸強(qiáng)化

淺談金屬的噴丸強(qiáng)化

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1、淺談金屬的噴丸強(qiáng)化淺談金屬的噴丸強(qiáng)化摘要:噴丸是高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流,噴射在金屬表面的加丁過(guò)程。金屬表層在彈丸的沖擊作用下,發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形,這種塑性變形屬丁?循環(huán)應(yīng)變的性質(zhì)。其結(jié)果使應(yīng)變層內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。關(guān)鍵詞:噴丸強(qiáng)化組織結(jié)構(gòu)金屬性能殘余應(yīng)力一、噴丸強(qiáng)化原理噴丸強(qiáng)化過(guò)程就是將高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流連續(xù)向金屬零件表面噴射的過(guò)程,彈丸流的噴射如同無(wú)數(shù)小錘向金屬表面錘擊,使得金屬表面層產(chǎn)生極為強(qiáng)烈的塑性形變,從而產(chǎn)生了冷作硬化層,此層稱為表而強(qiáng)化層。從應(yīng)力狀態(tài)來(lái)看強(qiáng)化層內(nèi)形成較高的殘余壓應(yīng)力;從組織結(jié)構(gòu)來(lái)看強(qiáng)化層內(nèi)形成了更加細(xì)小的亞晶粒組織。二、金屬的噴丸強(qiáng)

2、化對(duì)組織結(jié)構(gòu)及應(yīng)力狀態(tài)的影響噴丸是高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流,噴射在金屬表面的加T過(guò)程。金屬表層在彈丸的沖擊作用下,發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形,這種塑性變形屬于循環(huán)應(yīng)變的性質(zhì)。其結(jié)呆使應(yīng)變層內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化。1、昌粒變化、品格咬變、鑲嵌細(xì)化零件表面在高速(70m/s)彈丸沖擊下,可使金屬表層晶粒的形狀、尺寸和方位發(fā)生變化,晶格發(fā)生歪曲、畸變,而間距發(fā)生變化。金屬表層由于彈丸作用產(chǎn)生塑性變形,鑲嵌塊E亞晶粒H細(xì)化,形成微細(xì)的鑲嵌塊組織。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果證叨,零部件表面鑲嵌塊越小,其疲勞強(qiáng)度越高。微細(xì)的鑲嵌塊組織,不僅能提高零件的室溫疲勞強(qiáng)度,而冃還能提高零件的高溫疲勞強(qiáng)度。

3、2、微觀應(yīng)力由于應(yīng)變層內(nèi)晶格產(chǎn)生畸變,使亞晶粒Z間產(chǎn)生很高的應(yīng)力,即微觀應(yīng)力。微觀應(yīng)力的存在,對(duì)零件的疲勞強(qiáng)度也產(chǎn)生有利的影響。3、顯微組織轉(zhuǎn)變從表面上看,噴丸似乎是一種冷變形加工過(guò)程,其實(shí)不然,當(dāng)高速?gòu)椡铔_擊零件表面吋,金屬表面受到瞬間局部高溫加熱。據(jù)沙維林測(cè)定的結(jié)果,表面溫度可達(dá)600度以上。在微觀應(yīng)力和瞬時(shí)高溫作川下,會(huì)使應(yīng)變層內(nèi)的顯微組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。根據(jù)卡拉謝夫的研究,滲碳淬火后的12Cr2Ni4鋼,經(jīng)噴丸后可使殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體。4、宏現(xiàn)殘余應(yīng)力用40Cr鋼制成Alman試片,經(jīng)噴丸60s后,在X射線應(yīng)力儀上測(cè)得的殘余圧應(yīng)力為1288MPa,40Cr鋼

4、制成的多次沖擊試樣,經(jīng)碳氮共滲處理后,噴丸32s,測(cè)得試樣軸向的殘余壓應(yīng)力高達(dá)774MPa或。表而殘余壓應(yīng)力可抵消外加的拉應(yīng)力,可提高零件的疲勞壽命。此外,噴丸強(qiáng)化町改善由于零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如齒根圓角、花鍵槽)和表而加工痕跡或劃傷引起的局部應(yīng)力集中。噴丸強(qiáng)化對(duì)上述這些“先犬的”疲勞源,起到覆蓋作用,從而可緩和應(yīng)力集中,部分改善零的疲勞性能。三、噴丸強(qiáng)化對(duì)金屬性能的影響1、硬度噴丸后可提高金屬的硬度。18CrMnTi鋼滲碳淬火十低溫冋火后,換度為IIRC60,噴丸后硬度為HRC64。40Cr鋼淬火、230°C冋火后,硬度為HV550,噴丸后硬度為HV690。奧氏體不銹

5、鋼噴丸后,應(yīng)變層的顯微硬度可從HV230增加到HV460?2、屈服強(qiáng)度噴丸強(qiáng)化對(duì)金屬材料的屈服強(qiáng)度提高有限,這是由于材料在受軸向靜拉伸時(shí),橫截而上的拉應(yīng)力是均勻分布的。噴丸只強(qiáng)化表層,次表層及心部未得到強(qiáng)化。有人對(duì)不同屈服強(qiáng)度的材料,經(jīng)和同工藝噴丸后,在和同應(yīng)力下做了疲勞試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),屈服強(qiáng)度高的材料,其疲勞壽命長(zhǎng)。可以認(rèn)為,對(duì)高強(qiáng)度材料噴丸強(qiáng)化容易得到較好的效呆。3、彎曲疲勞強(qiáng)度噴丸能顯著提高彎曲疲勞強(qiáng)度。如承受交變載荷的汽車鋼板彈簧,經(jīng)用冷拔鋼絲進(jìn)行噴冬后,鋼板彈簧兒乎不發(fā)生彎1111疲勞破壞。受彎的軸類零件噴丸后,彎曲疲勞壽命成倍提高。噴丸也能提高多沖彎曲

6、抗力。用400鋼,經(jīng)850°C碳氮共滲后直接淬火,200°C回火后噴丸。各組試樣的噴丸時(shí)間和多沖壽命見(jiàn)表1所示。沖擊能量選用4.7JO從表1中看出,與不噴丸相比,噴丸能使多沖壽命提高1.4?28倍。隨著噴丸時(shí)間的增加,多沖抗力提高的幅度也增加。對(duì)以看出噴丸時(shí)間不足,將大人降低強(qiáng)化效果。24、疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展20SiMn2MoVA鋼試樣,經(jīng)900°C油淬,200°C回火,和三種不同噴丸強(qiáng)化工藝進(jìn)行噴丸后,與未經(jīng)噴丸試樣同時(shí)進(jìn)行三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn),當(dāng)載荷為19.6?980N時(shí),所得到的條件疲勞裂紋萌生期N1見(jiàn)表2。從表2可以看出,噴丸町以人幅度地延長(zhǎng)疲勞裂紋形核時(shí)間

7、,與未噴丸相比,疲勞裂紋萌生期對(duì)以延長(zhǎng)7?10倍。在同樣試驗(yàn)條件下,當(dāng)載荷在15.7?3.1KN范圍時(shí),噴丸試樣的裂紋萌生期為未噴丸試樣的11.6倍,即應(yīng)力水平越低,效果越顯著。在疲勞裂紋擴(kuò)展初期,噴丸可的擴(kuò)展,隨著裂紋尺寸增尢這種作用減弱并逐漸消失。5、有脫碳層試樣的疲勞性能機(jī)械零件表層脫碳,可降低疲勞壽命。35CrMn鋼經(jīng)860°C油淬,620°CX1.5h[Hi火,當(dāng)表面存在約lmm脫碳層時(shí),材料的N1下降2/3?7/8。材料強(qiáng)度越高,影響越甚。対脫碳表而進(jìn)行噴丸,可以彌補(bǔ)脫碳造成的損失,N1可提高0.5?1倍(見(jiàn)表3)。這是由于噴丸使脫碳層發(fā)生形變強(qiáng)化,使

8、硬度由I1

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