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1、第六章 表面改性技术,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,零件在服役过程中往往由于表面强度不足，或者耐腐蚀性能差，而疲劳破损失效。因此，改善和提高材料的表面性能，就成为提高疲劳强度、延长使用寿命的重要工艺措施。表面形变强化就是近年来国内外广泛研究应用的工艺之一，金属表面喷九强化工程就是其代表性技术。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,金属表面形变强化方法及其应用常用的金属材料表面形变强化方法主要有喷九、滚压和内孔挤压等强化工艺。表面滚压强化示意图。对于固角、沟槽等皆可通过该方法获得表层形变强化，并引进残余压应力。内孔挤压是使孔的内表面获得形变强化的工艺措施，效果显著。
2、,表面滚压,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,喷九强化是当前国内外广泛应用的一种表面强化方法，即利用高速弹丸强烈冲击零件表面，使之产生形变硬化层并引进残余压应力。已广泛用于弹簧、齿轮、链条、铀、叶片、火车轮等零部件，可显著提高金属的抗疲劳，抗应力腐蚀破裂、抗腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐点蚀等的能力。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,表面形变强化原理：1）形成形变硬化层，在此层内产生两种变化：一是亚晶粒极大的细化，位错密度增高，晶格畸变增大；二是形成了高的宏观残余压应力。2）表面粗糙度略有增大，但却使切削加工的尖锐刀痕圆滑。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技
3、术,表面强化层的组织变化：,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,表面强化层的组织：,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,强化后残余应力的分布规律表面为残余压应力，心部为残余拉应力，最表面层由于应力松驰，其残余应力稍有降低，故曲线上有“抬头”现象。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,疲劳强度随表面残余压应力的增加而增加,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,喷丸强化用的弹丸，常用的有三种：1) 铸铁弹丸 碳质量分数物为2.75-3.60，硬度约为HRC58-65,退火后硬度为HRC30-57 。铸铁弹丸的价格低廉。2) 钢弹丸 当前使用的钢弹丸一般
4、是将含碳量为0.7的弹簧钢丝(或不锈钢丝)，切制成段，经磨圆加工制成，直径为0.4-1.2mm。硬度HRC45-50为最适宜。钢弹丸的组织最好为回火马氏体或贝氏体。3) 玻璃弹丸 其应用是在近十几年发展起来的，已在国防工业中获得应用。玻璃弹丸的直径为0.050.40 mm范围,硬度HRC46-50。 此外,还有陶瓷弹丸、聚合塑料弹丸等。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,喷丸强化 强化用的弹丸与清理、成型、校形用的弹丸不同，必须是因球形，切忌有棱角，以免损伤零件表面。 一般来说，黑色金属制件可以用铸铁丸、钢丸和玻璃丸。有色金属和不锈钢制件则需采用不锈钢丸或玻璃丸。,6.1 金属表
5、面形变强化,第六章 表面改性技术,喷丸强化设备主要有两类：（1）机械离心式喷丸机，适用于要求喷丸强度高、品种少、批量大、形状简单、尺寸较大的零件。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,喷丸强化设备主要有两类：（2）气动式喷丸机适用于要求喷丸强度较低、品种多、批量小、形状复杂、尺寸较小的零件。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,（2）气动式喷丸机压缩空气式,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,重力式喷丸机结构比吸入式复杂，适合使用比重、直径较大的金属弹丸。,6.1 金属表面形变强化,第六章 表面改性技术,直接加压式喷丸机,6.2 表面热处理,第六章 表面改性
6、技术,表面淬火是指采用快速加热，使钢件表层奥氏体化并立即快冷获得马氏体，而心部仍保持原始组织的一种淬火工艺。 表面淬火的加热方法有多种，如感应加热、火焰加热、电接触加热、电解液加热等。其中最常用的是火焰加热和感应加热两种。,6.2 表面热处理,第六章 表面改性技术,一、感应加热表面淬火 目前应用最广、发展最快的一种表面热处理方法。,“集肤”效应,主要适用于大批量生产的轴、齿轮等零件。,6.2 表面热处理,第六章 表面改性技术,一、感应加热表面淬火,电流频率愈高，电流透入深度就愈小，硬化层深度越厚薄。因此应根据零件所要求的淬火层深度来选择频率，从而选定设备。,6.2 表面热处理,第六章 表面改性
7、技术,一、感应加热表面淬火,淬火后工件断面组织,6.2 表面热处理,第六章 表面改性技术,一、感应加热表面淬火,感应淬火后零件的表面性能高额感应淬火时，在零件表层中产生较大的压应力，抗疲劳性能增强；感应淬火时马氏体组织细小，碳化物弥散细小，硬度高。感应淬火时零件经受激烈的喷水冷却，使残余奥氏体量较少，故硬度较高。 氧化、脱碳小，组织性能稳定。,6.2 表面热处理,第六章 表面改性技术,一、感应加热表面淬火,感应淬火类型：根据频率不同，分为中频感应淬火，高频感应淬火，此外还有超音频感应淬火、双频感应淬火。,6.2 表面热处理,第六章 表面改性技术,二、火焰加热表面淬火,利用氧-乙炔火焰将钢件表层迅速加热到淬火温度，然后立即喷水冷却以实现表面淬火的方法。其淬硬层一般为2-6mm。,6.2 表面热处理,第六章 表面改性技术,二、火焰加热表面淬火,火焰加热表面淬火设备简单，成本低，但易使钢件表面过热，质量控制比较困难。因此，它主要适用于单件、小批量生产以及大型零件如大型齿轮、轴、轧辊等的表面淬火。,6.2 表面热处理,第六章 表面改性技术,三、接触电阻加热表面淬火四、浴炉加热表面淬火五、电解液加热表面淬火六、高密度能量加热表面淬火,
