喷丸强化技术(精品课件)

摘要激光喷丸强化技术是一种有效的金属疲劳解决方案，是具有很多优越性的全新的金属表面强化技术。

与常规喷丸类似，也是通过在金属表面引入残余压应力而增强金属零件的抗疲劳性能。

不同的是，激光喷丸是利用高能脉冲激光在零件表面诱导产生冲击波，冲击波作用于金属表面产生机械“冷作”作用产生塑性变形引入残余压应力，而残余压应力增强了零件材料对表面相关破坏的抵抗能力。

本文对304不锈钢试样分别进行激光喷丸与机械喷丸处理，对处理结果分析表明通过激光喷丸处理，表层晶粒得到了细化，但没有产生明显的马氏体相变，随着喷丸能量密度增大，应力腐蚀敏感性减小；而通过机械喷丸处理的试样，晶粒细化的同时诱发了明显的马氏体相变，随着喷丸压力升高，应力腐蚀敏感性呈现先减小后增大的变化趋势。

关键词：激光喷丸强化技术，机械喷丸技术，马氏体相变，应力腐蚀目录1绪论 (3)1.1激光喷丸强化技术的研究背景 (3)1.2激光喷丸强化技术的研究现状 (4)2 传统喷丸强化技术 (6)2.1机械喷丸强化技术 (6)2.2超声喷丸强化技术 (7)3激光喷丸强化技术 (8)3.1激光强化技术技术原理 (8)3.2激光强化技术实验研究 (9)3.3激光强化技术实验结论 (11)4激光喷丸强化技术适用范围 (12)参考文献 (13)1绪论1.1激光喷丸强化技术的研究背景在实际的工程应用中，尤其是在机械工程和航空航天等领域应用的机械产品和装备中，其关键零部件通常受到热、力等交变载荷的作用，常常发生磨损、断裂和疲劳破坏，导致产品在有效寿命期内过早报废。

疲劳破坏作为一个逐渐发展的过程，通常包括裂纹形成、裂纹稳定扩展和裂纹失稳扩展三个阶段。

完整的疲劳过程分析，既要研究裂纹的萌生，也要研究裂纹的扩展，但对于某些在制造或使用过程中已不可避免地引入了裂纹或类裂纹缺陷的构件，则主要考虑如何采用延寿工艺控制其裂纹扩展，提高疲劳寿命。

为有效提高结构件的抗疲劳失效的能力，目前国内外学者主要开展了两个方面的工作：一方面，致力于提升零部件表面性能的先进制造方法研究，如热处理、深冷处理、电磁热处理、复合材料胶补、激光改性等方法已逐渐应用于零件表面改性和延寿；另一方面，针对疲劳裂纹断裂机制和寿命预测模型开展了探索研究，目标是建立科学的设计理念和安全准则。

喷丸喷丸处理也称喷丸强化，是减少零件疲劳，提高寿命的有效方法之一，喷丸处理就是将高速弹丸流喷射到弹簧表面，使弹簧表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余应力，由于弹簧表面压应力的存在，当弹簧承受载荷时可以抵消一部分抗应力，从而提高弹簧的疲劳强度。

喷丸是用来清除厚度不小于2mm的或不要求保持准确尺寸及轮廓的中型、大型金属制品以及铸锻件上的氧化皮、铁锈、型砂及旧漆膜。

是表面涂(镀)覆前的一种清理方法。

广泛用于大型造船厂、重型机械厂、汽车厂等。

喷丸强化是一个冷处理过程，它被广泛用于提高长期服役于高应力工况下金属零件，如飞机引擎压缩机叶片、机身结构件、汽车传动系统零件等的抗疲劳属性。

喷丸强化，是在一个完全控制的状态下，将无数小圆形称为钢丸的介质高速且连续喷射，捶打到零件表面，从而在表面产生一个残余压应力层。

因为当每颗钢丸撞击金属零件上，宛如一个微型棒捶敲打表面，捶出小压痕或凹陷。

为形成凹陷，金属表层必定会产生拉伸。

表层下，压缩的晶粒试图将表面恢复到原来形状，从而产生一个高度压缩力作用下的半球。

无数凹陷重叠形成均匀的残余压应力层。

最终，零件在压应力层保护下，极大程度地改善了抗疲劳强度，延长了安全工作寿命。

喷丸又分为喷丸和喷砂。

用喷丸进行表面处理，打击力大，清理效果明显。

但喷丸对薄板工件的处理，容易使工件变形，且钢丸打击到工件表面（无论抛丸或喷丸）使金属基材产生变形，由于Fe3o4和Fe2o3没有塑性，破碎后剥离，而油膜与基材一同变形，所以对带有油污的工件，抛丸、喷丸无法彻底清除油污。

在现有的工件表面处理方法中，清理效果最佳的还数喷砂清理。

喷砂适用于工件表面要求较高的清理。

但是我国目前通用喷砂设备中多由铰龙、刮板、斗式提升机等原始笨重输砂机械组成。

用户需要施建一个深地坑及做防水层来装置机械，建设费用高，维修工作量及维修费用极大，喷砂过程中产生大量的矽尘无法清除，严重影响操作工人的健康并污染环境。

喷丸强化工艺技术简介1强化喷丸概念在了解喷丸强化技术之前，有必要将抛丸、喷砂、喷丸的三个容易混淆的概念解释一下。

这三个概念其实就四个字：喷、抛、丸、砂，其中，喷抛是工艺方法，丸砂是使用的材料。

喷，是用高压空气将丸、砂吹到工件的表面，抛是用高速旋转的叶片抛射到工件表面，丸用的是钢丸，砂用的是石英砂等。

喷丸过程就是将大量弹丸喷射到零件表面上的过程，有如无数小锤对表面锤击，因此，金属零件表面产生极为强烈的塑性形变，使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层，称为表面强化层，此强化层会显著地提高零件的疲劳强度。

测评强化丸质量有三个基本参数：强度、覆盖率、表面粗糙度。

2喷丸强度影响喷丸强度的工艺参数主要有：弹丸直径、弹流速度、弹丸流量、喷丸时间等。

弹丸直径越大，速度越快，弹丸与工件碰撞的动量越大，喷丸的强度就越大。

喷丸形成的残余压应力可以达到零件材料抗拉强度的60%，残余压应力层的深度通常可达0. 25mm，最大极限值为１mm左右。

喷丸强度需要一定的喷丸时间来保证，经过一定时间，喷丸强度达到饱和后，再延长喷丸时间，强度不再明显增加。

在喷丸强度的阿尔门试验中，喷丸强度的表征为试片变形的拱高。

3阿尔门(Almen)试验喷丸强度常用N试片(用于有色金属试验)、A试片(最常用)、C试片(更高强度)来进行测量，A试片和C试片之间关系为近似3倍关系。

如用C试片测得强度为0. 15～0.20Cmm就相当于0.45～0.60Amm。

图中厚的为C试片，薄的为A试片。

试验过程中，先测量试片原有变形，然后将卡好该试片的工装置于喷丸箱内，采用与工件相同的工艺进行喷射。

喷丸结束，取下试片，测量变形拱高。

4喷丸覆盖率覆盖率是指工件上每一个点被钢丸打到的次数，有人对喷丸覆盖率常这样认为：我的喷嘴1上1下喷工件2遍，不就可以满足200%的覆盖率了吗？乍一听觉得有道理，其实不是这样的。

覆盖率的测量是这样的：先在工件表面涂上一层彩釉或萤光釉，然后按工艺参数对工件进行喷丸，每喷表面一遍将工件取出，在显微镜(放大镜)下观察所残留的涂层在表面所占的比例，如还有20%残留，则覆盖率为80%。

喷丸强化工艺与应用喷丸强化基本概念1.什么叫强化喷丸呢?下面说说它的概念.在了解喷丸强化技术之前，我们有必要将抛丸、喷砂、喷丸的三个容易混淆的概念解释一下。

这三个概念其实就四个字：喷、抛、丸、砂，其中，喷抛是工艺方法，丸砂是使用的材料。

喷，是用高压空气将丸、砂吹到工件的表面，抛是用高速旋转的叶片抛射到工件表面，丸用的是钢丸，砂用的是石英砂等。

喷丸过程就是将大量弹丸喷射到零件表面上的过程，有如无数小锤对表面锤击，因此，金属零件表面产生极为强烈的塑性形变，使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层，称为表面强化层，此强化层会显著地提高零件的疲劳强度。

测评强化丸质量有三个基本参数：强度、覆盖率、表面粗糙度。

2.喷丸强度影响喷丸强度的工艺参数主要有：弹丸直径、弹流速度、弹丸流量、喷丸时间等。

弹丸直径越大，速度越快，弹丸与工件碰撞的动量越大，喷丸的强度就越大。

喷丸形成的残余压应力可以达到零件材料抗拉强度的60％，残余压应力层的深度通常可达0.25mm，最大极限值为１mm左右。

喷丸强度需要一定的喷丸时间来保证，经过一定时间，喷丸强度达到饱和后，再延长喷丸时间，强度不再明显增加。

在喷丸强度的阿尔门试验中，喷丸强度的表征为试片变形的拱高。

3.阿尔门（Almen）试验喷丸强度常用N试片（用于有色金属试验）、A试片（最常用）、C试片（更高强度）来进行测量， A试片和C试片之间关系为近似3倍关系。

如用C试片测得强度为0.15-0.20C mm 就相当于0.45-0.60A mm。

图中厚的为C试片，薄的为A试片。

试验过程中，先测量试片原有变形，然后将卡好该试片的工装置于喷丸箱内，采用与工件相同的工艺进行喷射。

喷丸结束，取下试片，测量变形拱高。

4.喷丸覆盖率覆盖率是指工件上每一个点被钢丸打到的次数，有人对喷丸覆盖率常这样认为：我的喷嘴1上1下喷工件2遍，不就可以满足200％的覆盖率了吗？乍一听觉得有道理，其实不是这样的。

覆盖率的测量是这样的：先在工件表面涂上一层彩釉或萤光釉，然后按工艺参数对工件进行喷丸，每喷表面一遍将工件取出，在显微镜（放大镜）下观察所残留的涂层在表面所占的比例，如还有20％残留，则覆盖率为80％。

弹簧的喷丸处理技术
喷丸
喷丸或喷丸也被称为喷丸。

它是提高机械零件疲劳寿命的有效方法之一，在弹簧制造中得到了广泛的应用。

抛丸是用高速弹丸喷向弹簧表面，使弹簧表面发生塑性变形，从而形成一定厚度的表面强化层。

从应力状态看，补强层中形成较高的残余压应力。

由于材料表面上的残余压应力，当弹簧承受可变载荷时，它可以抵消可变载荷下的最大拉伸应力的一部分，从而提高弹簧的疲劳强度。

从组织的角度来看，强化层中形成了极高密度的位错。

在随后的应力、温度或二者的共同作用下，位错逐渐有序排列，形成多边形，即在增强层中逐渐形成较小的位错。

子粒度（子结构）。

由于表面层的冷硬化，它也有提高疲劳强度的作用。

此外，喷丸可以消除弹簧表面的缺陷（小缺陷、脱碳），降低应力集中等，从而消除或减少疲劳源。

喷丸可以减少或增加表面粗糙度。

表面粗糙度的增加不利于疲劳强度的提高。

因此，无论如何，应避免由于喷丸处理而导致表面粗糙度显著增加。

过程弹丸加工参数包括弹丸材料、弹丸尺寸、弹丸硬度、弹丸速度、弹丸流量、弹丸角度、弹丸时间、喷枪或离心轮到弹丸表面的距离。

合理选择这些工艺参数可以达到良好的喷丸效果。

一、喷丸强化技术原理
高速喷射的弹丸颗粒连续不断撞击齿面的过程，如同无数小锤对齿面进行锤击，使齿面产生极为强烈的塑性形变，使齿面产生一定厚度的冷作硬化层，这一硬化层即齿面的强化层，由此产生强化及表面压应力，达到提高齿轮疲劳强度和提高使用寿命的一项表面冷处理强化技术。

喷丸强化也称之为强化喷丸或受控喷丸。

齿轮喷丸强化是一种受控的喷丸技术，是将高速的弹丸流连续不断撞击齿面，使齿面在弹丸流的撞击作用下发生塑性变形（塑性变形层的厚度通常处于0.1-0.8mm之间）。

这一影响延伸到齿轮材料的表层，在表层下产生较高的残余压应力、加工硬化和组织细化等有利的变化，抵消不良的拉应力，该残余压应力延缓了的疲劳断裂的形成，有效的提高了齿轮的疲劳强度，延长了齿轮的使用寿命。

二、齿轮喷丸强化的工艺参数
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