《2021年表面形变强化技术PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021年表面形变强化技术PPT课件（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、表面形变强化是提高金属材料疲乏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）在金属表面产生压缩变形，使表面形成形变硬化层，此形变硬化层的深度可达0.5mm1.5mm； 1-在形变硬化层中产生两种变化： 一是在组织结构上，亚晶粒极大地细化，位错密度增加，晶格畸变度增大； 二是形成了高的宏观残余压应力； 2-奥赫弗尔特理论 奥赫弗尔特认为，喷丸的残余应力的产生取决于两个方面的机制： 一方面由于大量弹丸压人产生的切应力造成了表面塑性延长； 另一方面，由于弹丸的冲击产生的表面法向力引起了赫芝压应力与亚表面应力的结合； 在大多数材料中这两种机制并存； 3-喷
2、丸产生的残余压应力 经喷丸和滚压后，金属表面产生的残余压应力的大小，不但与强化方法，工艺参数有关，仍与材料的晶体类型，强度水平以及材料在单调拉伸时的硬化率有关； 4-残余压应力 具有高硬化率的面心立方晶体的镍基或铁基奥氏体热强合金，表面产生的压应力高，可达材料自身屈服点的24倍； 材料的硬化率越高，产生的残余压应力越大； 5-表面强化方法有效地提高了金属表面强度，耐应力腐蚀性能和疲乏强度； 表面强化方法仍可排除切削加工留下的刀痕； 表面形变强化手段仍可能使表面粗糙度略有增加，但却使切削加工的尖锐刀痕圆滑，因此可减轻由切削加工留下的尖锐刀痕的不利影响； 这种表面形貌和表层组织结构产生的变化，有效
3、地提高了金属表面强度，耐应力腐蚀性能和疲乏强度；6-二，表面形变强化的主要方法及应用 （一）表面形变强化的主要方法 1滚压 目前，滚压强化用的滚轮，滚压力大小等尚无标准； 对于圆角，沟槽等可通过滚压获得表层形变强化，并能在表面产生约5mm深的残余压应力，其分布如以下图； 7-2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，成效明显 8-3喷丸 利用高速弹丸猛烈冲击零部件表面，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乏，抗腐蚀疲乏，抗应力腐蚀疲乏；抗微动磨损，耐点蚀（孔蚀）才能； 9-（二）喷丸表面形变强化工
4、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； 铸铁弹丸易于破裂，损耗较大，要准时分别排除破裂弹丸，否就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； 10-（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； 11-（4）玻璃弹丸 近十几年进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； 12-（6）聚合塑料弹丸 是一种新型的喷
5、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耗工件表面； 常用于排除酚醛或金属零件毛刺和刺眼光泽； 13-（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； 14- 留意：强化用的弹丸与清理，成型，校形用的弹丸不同，必需是圆球形，不能有棱角毛刺，否就会损耗零件表面； 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； 有色金属如铝合金，镁合金，钛合金和不锈钢制件就需接受不锈钢丸，玻璃丸和陶瓷丸； 15-2喷丸强化用的设备 喷丸接受的专用设备，按驱动弹丸的方式
6、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； 于喷式工作条件差，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； 16-（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45ms75ms；这种喷丸机功率小，生产效率高，喷丸质量稳固，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，外形简洁尺寸较大的零部件； 17-（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
7、位调整便利，能最大限度地适应受喷零件的几何外形； 而且可通过调剂压缩空气的压力来把握喷丸强度，操作灵敏，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，外形复杂，尺寸较小的零部件；它的缺点是功耗大，生产效率低； 18- 气动式喷丸机依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洁，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，弹丸大小常常变化的场合，照试验室等； 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； 19-3喷丸强化工艺参数的确定 合适的喷丸强化工艺参数要通过： 喷丸强度试验和表面掩盖率
8、试验来确定； 喷丸强度试验 弧高度20-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（即全掩盖率）之后，弧高度无明显变化，这时的弧高度达到了饱和值； 21-喷丸强度 当弧高度f达到饱和值，试片表面达到全掩盖率时，以此弧高度f定义为喷九强度； 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）； 22-（2）表面掩盖率试验 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掩盖率； 一般认为，喷丸强化零件要求表面掩盖率达到表面积的100即全面掩盖时，才能有效地改善疲乏性能和抗应力
9、腐蚀性能；23-（3）选定喷九强化工艺参数 金属材料的疲乏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，而是存在一个正确喷丸强度，它由试验确定； 24-4旋片喷丸工艺 25-5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；26-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；而且仍会显现亚晶界和晶粒细化现象； 喷丸后的零件假如受到交变载荷或温度的影响，表层组织结构将产生变化，由喷丸引起的不稳固结构向
10、稳固态转变； 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乏强度； 奥氏体不锈钢特殊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，使不锈钢的抗腐蚀才能下降；27-（2）弹丸粒度对喷丸表面粗糙度的影响 28-29-（3）弹丸硬度对喷丸表面形貌的影响（4）弹丸外形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，被喷面的抱负外形应是大量球坑的包络面；这种表面形貌能排除前道工序残留的痕迹，使外表美观；同时，凹坑起储油作用，可以削减摩擦，提高耐磨性； 30-（5）喷丸表层的残
11、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，硬度关系亲热；31-残余压应力 材料强度高，表层最大残余压应力就相应增大； 但在相同喷丸条件下，强度和硬度高的材料，压应力层深度较浅；硬度低的材料产生的压应力层就较深； 32-渗碳钢经喷丸后的残余压应力 常用的渗碳钢经喷丸后，表层的残留奥氏体有相当大的一部分将转变成马氏体，因相变时体积膨胀而产生压应力，从而使得表层残余应力场向着更大的压应力方向变化； 33- 在相同喷丸压力下： 大直径弹丸喷丸后的压应力较低，压应力层较深； 小直径弹丸喷丸后表面压应力较高，压应力层较浅，且压应力值随深度下降很快； 对于表面有凹坑，凸台；划痕等缺陷或表面脱碳的工件，通常选用较大的弹丸，以获得较深的压应力层，使表面缺陷造成的应力集中减小到最低程度； 34-35-喷丸硬度的影响 表66为不同弹丸材料对残余应力的影响；可以发觉，由于陶瓷丸和铸铁丸硬度较高，喷丸后残余应力也较高； 36-喷丸速度对表层残余应力有明显影响 试验说明，当弹丸粒度和硬度不变，提高压缩空气的压力和喷射速度，不仅增大了受喷表面压应力，而且有利于增加变形层的深度， 37-
