表面形变强化.ppt

主要内容 1. 基本原理 1.1 概述 1.2 表面形变强化 1.3 表面残余应力 2. 喷丸强化 2.1 喷丸强化用弹丸 2.2 喷丸强化用设备 2.3 喷丸工艺 2.4 喷丸强化的应用 3. 表面滚压和孔挤压强化 4. 机械镀 一、基本原理 1.1 概述 腐蚀、磨损、断裂是机械零部件的三大失效形式，其中以断裂失效带来的灾难与损失最大，而断裂失效中疲劳失效所占比例最高，民用机器零部件约占40%~50%，而军用和航空飞行的零部件则高达90%。 可见，研究疲劳断裂、探索疲劳断裂机制至关重要，表面形变强化处理是提高机器零部件疲劳寿命最为有效的手段。 1.2 表面形变强化 表面形变强化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0.5mm～1.5mm。 　　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。这两种变化使得金属表面的强度硬度得到了很大的提高，疲劳寿命也有了很大的改观。 喷丸与滚压、孔挤压过程中，在机械力作用下工件表面产生塑性变形，引起加工硬化，使表面硬度、强度提高。 由右上图可见，弹丸冲击工件表面产生凹坑，使其周围产生塑性变形及宏观残余应力。弹丸反复多次冲击工件表面塑性变形量增大，表面硬度、强度增加。 右下图为喷丸后表层硬度分布与时间关系，喷丸开始时硬度增加较快，后期硬度增加缓慢。 金属的塑形变形是通过位错运动实现的，在塑性变形过程中，由于位错间相互作用，使位错密度增加。下图中（a）为喷丸前组织，晶界与亚晶界比较清晰，晶粒与亚晶粒比较大；（b）为初始喷丸时，随变形量增加，位错互相作用使位错密度不断增加，原亚晶界逐步模糊不清、消失；（c）为随喷丸覆盖增加，弹丸反复冲击金属表面，使一些位错重新排列形成新的亚晶界。随喷丸时间延长，塑性变形继续进行，位错密度进一步增加，使晶界逐步消失又组成新的晶界，使晶粒破碎、细化。 1.3 形成表面残余应力 在表面强化过程中，表面塑性变形带来的表面尺寸变化，而引起表面残余应力。下图是滚压处理后的残余应力分布。 a、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。 b、疲劳强度随表面残余压应力的增加而增加 二、喷丸强化 2.1 喷丸强化用的弹丸 喷丸强化最常用的主要有钢丝切丸、铸钢丸、玻璃丸三种。 喷丸强化用的弹丸必须具备以下特征： a）较高硬度和强度； b）应考虑弹丸质量、密度及规格大小之间的关系； c）要求弹丸不破碎，耐磨损，使用寿命长； （1）钢丝切丸 钢丝切丸是用回火高强度钢丝经切割制成，目前使用最多的是用弹簧钢(直径0.6~1.2mm，硬度为HRC=45~50)做成的钢丸，成本较高，因两端由棱角会划伤工件表面，在欧美工业发达国家已经大量使用预钝化去棱角-磨角钢丝切丸。 预钝化钢丝切丸分为G1、G2、G3三种类型，具有良好的综合机械性能。 一般要求钢丝切丸硬度越高越好，一般应不低于工件硬度。 （2）铸钢丸 铸钢丸是将金属熔化后的钢液，经雾化成丸、烘干、选圆、二次淬火、回火筛分制成。其硬度可根据回火温度不同，获得不同硬度的铸钢丸，组织为回火屈氏体或回火马氏体。 铸钢丸不同于钢丝切丸，他会破碎，从而在循环使用时划伤工件，而且铸钢丸硬度越大，抛丸速度越高，破裂越严重。为了避免破碎，一般喷丸强化选用硬度为HRC48~52的铸钢丸，喷丸强度较低时可用铸钢丸。喷丸强度较高时，严禁使用铸钢丸。 （3）玻璃丸 玻璃丸由高质量碱玻璃制成，不含铁杂质硬度相当于HRC46~50，外观为实心球体。使用中破碎率高，造成使用成本偏大。所以目前仅限用于对表面粗糙度有特殊要求的关键结构零件。 此外,还有陶瓷弹丸、聚合塑料弹丸等 2.2 喷丸强化用设备 喷丸强化用的设备主要有两种结构形式：气动式与机械离心式。 （1）气动式喷丸机 气动式喷丸机是依靠压缩空气带动将弹丸从喷嘴高速喷出，冲击工件的设备。他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。 按弹丸运动方式可分为吸入式、重力式、直接加压式三种类型。 a、吸入式喷