喷丸强化技术概论课件.ppt

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1、材料表面喷丸强化技术概论一、概述二、喷丸强化原理三、喷丸强化工艺参数四、喷丸工艺使用方法五、喷丸强化设备六、喷丸强化质量评价七、结语一、概述喷丸强化是高速运动的弹丸流喷射材料表面并使其表层发生塑性变形的过程。工件弹丸工件弹丸喷丸过程中，弹丸反复打击材料的表面，最终在材料表面附近造成一塑性变形层即强化层的深度，其深度为0.1～0.8mm强化层合理利用引入表面塑性变形层的1、残余压应力场(应力强化)2、变形显微组织(组织强化)3、残余奥氏体向马氏体转变(相变强化)可以改善材料疲劳及应力腐蚀抗力需要说明，即使是精加工后的表面，仍然

2、存在着加工的刀痕，往往是疲劳裂纹的起源。喷丸处理除了产生应力强化和组织强化外，还可以有效消除这些加工刀痕。精加工表面喷丸表面历史上讲，喷丸强化是本世纪三十年代发展起来的一种表面强化工艺，首先应用于汽车制造业中的各种弹簧，以提高其疲劳寿命。目前，喷丸工艺在国外，已广泛应用于铝合金、钛合金、镁合金、不锈钢、结构钢、高强和超高强钢、高温合金及粉末冶金等零构件。早在1948年美国宇航材料规范中制定了喷丸强化工艺规范(AMS-2430)。1959年美国军用标准(MIL-C-26074A)中，规定军用产品电镀前零件构必须进行喷丸处理。1

3、967年，美国工程师学会汇编并出版了《喷丸手册》。另外，美国空军颁布的规范(MIL-STD-1587)中规定，凡强度超过400MPa钢锻件，都必需进行喷丸强化。与其它表面强化工艺相比，喷丸强化工艺不仅具有操作简便、成本低廉、适应性广和强化效果显著等一系列优点。上世纪八十年代以来，国际上一度兴起了喷丸热，各种机械零件采用喷丸强化工艺的数量与日俱增。1981年9月在法国巴黎召开了第一届国际喷丸强化会议，以后每三年即召开一次。我国的喷丸强化工艺，首先是在航空制造工业中得到应用。目前国内喷丸技术十分落后，许多单位是利用喷砂来代替喷丸

4、，强化效果较差。在今后的若干年内，喷丸强化技术在我国将有很大的发展空间。凡具备下述特征的零构件，应优先考虑采用表面喷丸强化处理。A)承受交变载荷易产生疲劳失效的承力件B)易产生应力腐蚀(或氢脆)失效的承力件B)带有应力集中部位的各种零构件C)焊缝及其热影响区D)各类螺旋压缩弹簧E)需要电镀Cr、Ni、Ni+Cd、Cd+Ti等钢件F)需要阳极化处理的铝合金零构件强化层二、喷丸强化原理在弹丸冲击下，材料表层产生循环塑性应变，材料表层发生三种变化：A)表面粗糙度发生变化B)表层引入残余压应力场C)表层形成塑性形变细化组织D)表层残

5、余奥氏向马氏体转变应力强化、组织强化和相变强化，可使材料疲劳性能及抗应力腐蚀性能获得明显改善。但喷丸后引起的表面粗糙度增加，有时对其疲劳性能不利。生产中，可以通过控制喷丸工艺参数，避免零件表面粗糙度的增加。也可通过二次喷丸或喷丸后表面精加工，来削弱粗糙度的不利影响。1、应力强化喷丸引人材料表层的残余应力沿表层深度的分布如图。其中，残余压应力的深度δc随着材料强度和喷丸工艺参数而变化。δc+σr-σrδc距表面深度δ残余应力当喷丸强度恒定时，材料强度越高则δc值越小当材料强度不变时，喷丸强度越高则δc越大通常情况下，δc在0.

6、1～0.8mm的范围内下图是300M高强钢(σb=1900MPa)喷丸残余应力分布曲线，可见喷丸强度由0.13Amm增高至0.75Amm，导致δc由0.15mm增至0.55mm，但表面残余应力和最大残余应力变化不明显。喷丸强度恒定0.39Amm条件下，40CrNiMoA和30CrMnSiNi2A钢的表面残余压应力σr随材料屈服强度或拉伸强度的变化如下图，即表面残余应力随其σs或σb增高而增大。图为光滑表面或表面浅裂纹试样的喷丸残余应力σr、外加循环拉应力σap及二者之和沿表层的分布曲线。可见，由于残余压应力存在，材料表层实际

7、承受的拉应力水平降低。当零构件承受恒定拉伸载荷时，引入的残余应力场基本上不发生松驰，但是当零构件承受交变载荷时，则可能发生松驰。交变外载压应力会使残余压应力发生明显的松驰，某些材料即使交变压应力水平较低，也会导致喷丸残余压应力的明显松弛。然而，交变外载拉应力对残余压应力的影响相对不明显。喷丸残余应力的松弛按其性质可分为静载松弛和动载松弛。发生在1至5周应力循环的松弛，称做静载松弛。而在随后的多次循环中的继续松弛则称做动载松弛。外加交变应力越大，则喷丸残余应力的静载松弛比例越大。为了避免由于残余应力松弛而给表层材料带来的一定损

8、伤，必须恰当控制喷丸引入的残余压应力场。在一般情况下，应根据零件服役中所承受的交变应力水平、受力状态以及材料表层的屈服强度来选择喷丸引入的优化残余应力场。疲劳裂纹通常起源于零件的表层区域。对优化残余应力场，外载应力与残余应力抵销差低于表面疲劳极限，可避免表面萌生疲劳裂纹。表层一定深度的外载