表面工程89352.doc

第七章 金属材料的表面强化技术 表面强化技术：在这里指材料表面不增加外来材料的情况下，靠施加外力或热处理等手段改变材料表面的组织结构，从而提高表面强度、硬度、抗疲劳和应力腐蚀性能的工艺方法。 表面形变强化 表面相变强化 7.1表面形变强化 原理 喷丸强化 表面滚压技术 孔挤压强化 一、原理 1.定义：是指在金属材料表面施加外力，使表面比较薄的一层发生塑性变形，晶粒得到细化，从而提高零件表面疲劳强度和抗应力腐蚀能力的工艺手段。 2.机理： 加工硬化机理。即随变形量的增加，金属强度硬度升高，塑性韧性下降。 2.机理： 加工硬化机理。即随变形量的增加，金属强度硬度升高，塑性韧性下降。 原因：a、位错密度随变形量增加而增加，从而变形抗力增加；b、随变形量增加，亚结构细化，亚晶界对位错运动有阻碍；c、随变形量增加，空位密度增加；d、几何硬化。 二、喷丸强化 1.原理：喷丸强化又称为受控喷丸强化，是在室温下利用高速喷射的细小硬质弹丸打击工件表面，使表面层在再结晶温度下产生弹、塑性变形，并呈现较大的残余压应力，从而提高表面疲劳强度和抗应力腐蚀的能力。 例： 重要的焊接件的焊缝及热影响区采用受控喷丸后，拉应力可以转变为压应力，从而改善焊缝区域的疲劳强度。 汽车用钢板弹簧喷丸后疲劳寿命可延长5倍。 例如：合金高强钢18Cr2Ni4WA，末喷丸处理前的疲劳寿命为1.38×105。次(裁荷+-600MPa)；经喷丸强化后的疲劳寿命达1.04×107(喷九后的表面压应力为800MPs)，疲劳寿命提高了74.3倍。 例： 综上所述，喷九强化技术是一种使用简便、成本低、应用范围广的零件表面强化技术。它的强化效果主要表现在延长承受交变负荷的零件使用寿命。这个效果特别明显，也特别立竿见影，是其它强化方法难以比拟的。 2.喷丸强化的设备 （1）叶轮式喷丸机 （2）气动式喷丸机 （1）叶轮式喷丸机 特点：叶轮式喷丸机中弹丸流的位置与速度都不易改变，常用于形状简单批量较大的工件 （2）气动式喷丸机 特点：依靠调节空气压力来改变弹丸的速度，适合于表面形状复杂的零件和批量较小的生产条件。 技术关键： 是根据零件的材料和形状特点控制弹丸流的速度和控制零件表面与弹丸流的相对运动。 3.喷丸强化的弹丸 受控喷丸使用的弹丸有铸铁丸、铸钢丸、不锈钢丸、钢丝切割丸、玻璃丸和陶瓷丸等。选择弹丸时，不仅要考虑零件的工艺要求，包括喷丸面预期的形变层深度、最大残余压应力值和表面粗糙度，还要考虑喷丸设备条件和弹丸的消耗等。 一般地，钢制零件选用铸钢或铸铁丸，以得到较深的塑性变形层和较大的残余压应力值，但是要求获得较低粗糙度表面时，常采用玻璃丸。不锈钢、铝合金、钛合金一般也采用玻璃丸。 4.受控喷丸对材料表面形貌与性能的影响 （1）对材料表面硬度影响 硬度大幅度提升，硬化层最高可达1.5mm。 （2）对材料表面粗糙度影响 （3）对疲劳寿命与抗应力腐蚀能力的影响 可以大幅度提高材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力。例如，对纯铁、1Cr18Ni9Ti不锈钢、20钢、45钢和60Si2Mn钢进行喷丸以后，疲劳强度提高14%～47% 不等 。 5.受控喷丸技术的典型应用 主要应用承载的机械零件。如飞机起落架、框架、大梁、发动机，汽车车轴、叶片等。 6.喷丸新技术－旋片喷丸技术 20世纪80年代，我国航空维修单位开始应用旋片喷丸技术，它是喷丸技术的一个分支和新发展。旋片喷丸的喷丸是通过特种牢固剂牢固地固定在旋片上。旋片以高速旋转并反复撞击零件表面而达到喷丸强化的目的。强化效果极佳。 6.喷丸新技术－塑料喷丸退漆 为对飞机等重要大型结构件的表面进行表面无损检测寻找疲劳裂纹和硬性损伤，首要的表面工艺是退漆。传统的方法是使用化学剂剥离或用砂轮手工打磨，这两种方法均存在不足之处。 塑料喷丸退漆是近年来发展起来的新工艺。其原理为：颗粒状塑料在压缩空气的作用下．通过喷管高速喷射到工件表面在塑料丸较锋利的棱角切割和冲撞击打双重作用下使漆层表面发生割裂和剥离，从而达到高效退漆的目的。 6.喷丸新技术－空气火焰超音速表面喷砂、喷丸 空气火焰超音速表面喷砂、喷丸：空气火焰超音速表面预处理技术，是利用气体燃料或液体燃料与高压电气或高压空气．在超音速喷枪燃烧室内混合燃烧膨胀产生高温高速焰流．从而带动砂粒或丸粒以超音速喷向零件处理表面。燃烧焰流速度达1500m/s以上，粒子速度为300—600m/s，从而可获得高效优质的表面预处理效果。 超音速表面喷丸的生产效率是普通喷九的2—4倍、特别适用于大型结构件表面高效喷丸强化 三、表面滚压技术 1.定义：是在一定压力作用下，滚球或辊轴对被加工零件表面进行滚压或挤压，使其发生塑性变形，形成强化层的工艺过程。 3.特点：表面改性层最大深度达5mm以上。 4.应用