喷丸强化技术

前混合磨料水射流喷丸强化技术摘要：近年来，前混磨料射流得到了发展。

前混磨料射流是将磨料和水在高压水管路中均匀混合成磨料浆水，然后由磨料喷嘴喷出形成磨料射流，其速度比水射流高75%左右。

因此，预混磨料射流中的磨料动能高，从而达到高效、优质、无污染的喷丸效果。

关键词：喷丸强化技术。

水射流。

供料方式。

针对前混合磨料水射流喷丸强化技术的工作原理及其供料系统,比较出前混合磨料水射流与后混合磨料水射流喷丸技术之间的差异,从而确定了采用该技术的优越性。

一、前混合水射流强化技术的特点传统的喷丸强化工艺因其具有提高金属零构件抗疲劳断裂和抗应力腐蚀断裂能力而得到了广泛的应用,但是还存在以下不足:（1）由于零构件的凹槽部位和粒不能有效撞击,易产生喷丸死角,造成无法实施强化或喷丸强度不足;（2）喷丸强化表面粗糙度达不到要求;（3）气动高强度喷丸效率低,不能达到节省能源的目的;（4）不能达到环保的要求。

与传统喷丸强化工艺相比,高压水射流喷丸强化技术具有以下特点:1）能对存在狭窄部位、深凹槽部位的零件表面以及复杂结构零构件、微小零件表面等进行无死角喷丸强化;2）通过调整射流压力能对不同硬度的材料进行大面积喷丸强化,具有广谱性,尤其适用于超高硬度、超脆材料零构件的表面喷丸改性;3）喷丸表面粗糙度值变化很小,可减少应力集中现象,提高强化增益效果;4）对喷丸装置抗压性要求较低,有利于降低生产和维护成本;5）喷丸表面温度变化较小,不会改变材料的物理性质和化学性质;6）喷头体积小,移动方便,易于实现光控、数控及机械手控制,提高喷丸强化质量;7）整套工装体积不大,可以装在机动车上进行远距离操作和外场作业;8）强化过程中不会产生有害气体及粉尘,有利于环境保护和操作者的健康绿色喷丸强化。

二、前混合水射流强化机理前混合磨料水射流喷丸强化技术是将混合磨料技术引入到喷丸领域,以实现优质、高效、节能、安全、环保的湿式绿色喷丸强化新工艺。

高压水射流喷丸强化机理就是将携带巨大能量的高压水射流以某种特定的方式高速喷射到金属零构件表面上,使零构件表层材料在再结晶温度下产生塑性形变(冷作硬化层),呈现理想的组织结构(组织强化)和残余应力分布(应力强化),从而达到提高零构件周期疲劳强度的目的。

气动辅助超声喷丸强化的实验研究的开题报告一、研究背景与意义超声喷丸强化技术是一种将超声波技术和喷丸加工工艺相结合的新型表面处理方法，已被广泛应用于不同材料的表面强化。

在常规超声喷丸强化技术中，利用高速喷射的磨料粒子撞击材料表面，从而改善材料表面的性能。

但是，由于磨料粒子在喷射过程中存在粘附和聚集现象，易造成喷射不均匀和材料表面的微观损伤。

因此，如何提高超声喷丸强化技术的精度和效率，是当前研究的重要问题。

气动辅助超声喷丸强化技术是将喷丸过程中加入一定的气体进行辅助，以提高磨料粒子的喷射速度和均匀性，并有效地减少材料表面的微观损伤。

该技术的提出，为超声喷丸强化技术的发展带来了新的机遇和挑战。

本研究旨在通过实验研究，探究气动辅助超声喷丸强化技术在不同材料表面处理中的应用效果和机理，为该技术的发展提供实验依据和理论指导。

二、研究内容和方案1. 研究内容：（1）总结气动辅助超声喷丸强化技术的发展及研究现状；（2）分析气动辅助超声喷丸强化技术在不同材料表面处理中的应用现状和存在问题；（3）开展气动辅助超声喷丸强化技术在不同材料表面处理中的实验研究，分析其加工效果和机理；（4）分析气动辅助超声喷丸强化技术的优缺点，并提出改进意见和建议。

2. 研究方案：（1）文献综述：对气动辅助超声喷丸强化技术的发展历程，国内外研究现状和存在问题进行综述；（2）实验设计：选择一些典型的材料进行实验研究，设计不同的实验参数，如气体类型和流量、超声功率和频率、喷丸粒径和速度等；（3）实验方法：采用气动辅助超声喷丸强化设备，实施表面处理实验，并使用光学显微镜、扫描电镜和显微硬度计等设备对处理效果进行分析和评价；（4）数据分析：对实验数据进行统计和分析，探究不同实验参数对处理效果的影响，并分析气动辅助超声喷丸强化技术的优缺点；（5）改进建议：根据实验结果提出改进意见和建议，为气动辅助超声喷丸强化技术的开发和应用提供参考。

三、研究预期结果通过本研究的实验研究和数据分析，预计可以得到以下预期结果：（1）掌握气动辅助超声喷丸强化技术在不同材料表面处理中的应用现状和存在问题；（2）了解气动辅助超声喷丸强化技术的机理和优缺点；（3）分析实验参数对气动辅助超声喷丸强化技术处理效果的影响规律，并探究其机制；（4）提出改进气动辅助超声喷丸强化技术的建议和方向。

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。

材料表面工程技术练习题（答案）一、解释名词1.喷丸强化技术:利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件的表面，使表层材料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，从而提高工件表面强度、疲劳强度和抗压力腐蚀能力的表面工程技术。

2.干法热浸渗:先将经常规方法脱脂除锈清洗后的清洁工件或钢材进行溶剂处理，干燥后再将工件浸入欲渗金属溶液中，保温数分钟后抽出，水冷。

3.粘结底层:某些材料能够在很宽的条件下喷涂并粘结在清洁、光滑的表面上，而且这类涂层表面粗糙度适中，对随后喷涂的其它涂层有良好的粘结作用。

4.溅射镀膜:用高能粒子轰击固体表面，通过能量传递，使固体的原子或分子逸出表面并沉积在基片或工件表面形成薄膜的方法。

(在真空室中，利用荷能粒子轰击材料表面，使其原子获得足够的能量而溅出进入气相，然后在工件表面沉积的过程。

)5.分子束外延:在超高真空环境中，将薄膜诸组分元素的分子束流，直接喷到温度适宜的衬底表面上，在合适的条件下就能沉积出所需要的外延层。

6.激光合金化技术:激光合金化就是利用激光束将一种或多种合金元素快速熔入基体表面，从而使基体表层具有特定的合金成分的技术。

换言之，它是一种利用激光改变金属或合金表面化学成分的技术。

7.物理气相沉积:在真空条件下，利用各种物理方法，将镀料气化成原子、分子或使其粒子化为离子，直接沉积到基体表面上的方法。

8.真空蒸镀:在真空条件下，用加热蒸发的方法使镀料转化为气相，然后凝聚在基体表面的方法。

9.热喷涂工艺:热喷涂是用专用设备把某种固体材料熔化并使其雾化,加速喷射到机件表面,形成一特制薄层,以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的一种工艺方法。

10.气相沉积:气相沉积技术也是一种在基体上形成一层功能膜的技术，它是利用气相之间的反应，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得所需的各种优异性能。

气相沉积技术一般可分为两大类:物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)。

有关连杆喷丸强化的介绍一、目的和意义.喷丸强化是提高连杆抗疲劳性能的有效方法，该技术在国外早已得到广泛的应用，国内一些军工企业和先进厂家也得到逐步采用，这种工艺方法设备简单，工艺易行，推广代价不高，通过对毛坯（甚至成品）表面施压，达到消除零件的浅表缺陷，构筑表面强化层，保存表面无应力状态，从而达到进一步挖掘材料的强度潜力，延长零件使用寿命的显著效益。

连杆类锻件在锻造过程中，难以避免的存在多种表面缺陷，主要有浅表裂纹，因为材料表面龟裂或模具鳞化等因素而存在，2）表面脱炭，由于加热过程中表层氧化而产生，3）氧化皮夹杂，加热过程中产生的氧化皮未清理干净而残存于锻件上，4）修复痕迹，手工修复过程中砂轮痕迹而形成的应力层，上述缺陷中，浅表裂纹和修磨痕迹亦可以通过探伤或其他附加措施予以发现及消除，而脱炭及氧化皮夹杂等缺陷在目前的情况下很难彻底解决，由此而造成降低连杆抗疲劳能力，缩短使用寿命，甚至引发断杆事故，通过对连杆进行喷丸强化处理，强化层内结构的变化及均匀性的提高使零件的屈服强度明显提高，从而增强了疲劳抗力，同时强化层内形成压应力，则减小了连杆工作破坏载荷中拉应力的影响，延缓了表层裂纹扩展的速率，由双重因素的叠加，使连杆的条件抗弯疲劳极限得到较大幅度的提高，因而达到延长使用寿命，较少突发事故的目的，二、装置（备）及方法连杆喷丸强化工艺操作比较简单，关键是通过多次试验，对比确定不同零件，不同要求的工艺参数，包括：1）抛丸速度：转轮式与叶轮转速、气吹式与压空压力成正比，2）抛丸强化时间，，指抛丸有效工作时间，也可以以丸流量作为工艺参数，3）丸粒大小及均匀度，一般以直径1.5mm铸钢丸为工作介质，小碎丸数量为20％。

强度装备及辅助装置1）喷丸强化机，现多用青岛铸机厂生产的Q3156转台式抛丸强化清理机，2）连杆支撑用夹具，用于支撑连杆处于悬浮状态，以充分利用抛丸的动能，可自行设计制造或按附件随主机订货，3）试片固定用卡具，用于检查强化效果的试片固定在连杆上，便于对强化后弧高值的测定，，自行设计与制造或按附件订货，4）弧高值量具，用于检测标准试片（外购的专用工具）属于主机附件三、主要指标及检测方法1. 主要技术指标a)抛丸强度，可用弧高值表示，b)覆盖率，强化覆盖面积与零件表面积的比值，一般≥98％c)表面压应力值，签定、验收及理论研究用数据，需大型专用仪器日常生产中不常用2. 检测方法，a)弧高值，采用标准试片（常用阿尔门A级片），用卡具固定在连杆指定位置上，强化后用弧高值量具检测，表示方法:：弧高（mm）—-试片级别（0.47～0.70）b)覆盖率，理论上在指定区域，通过放大50倍计算强化覆盖面积与实际面积的比值，实际上国内外多采用10倍放大镜观察估计出覆盖率，重复多次，取其平均值，c)压应力值，需在X射线应力测定仪上进行，基于该仪器所取数据值用于强化喷丸工艺的鉴定验收及理论上的深入研究，在日常生产中保证工艺参数及操作规程的落实便可达到预期效果，不建议单独购置，我厂在验证工艺中采取外委XYL-74型X射线应力测量仪进行测量。

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%。

金属材料的喷丸强化原理及其强化机理综述喷丸强化是一种常用的金属表面处理技术，通过将高速喷射的金属颗粒或研磨料冲击在金属表面上，可以改善金属的表面质量、增强金属的抗疲劳性能和耐蚀性能。

喷丸强化的原理及其强化机理主要有以下几个方面：1.表面清理：喷丸强化过程中，高速喷射的金属颗粒或研磨料冲击在金属表面上，可以将表面的氧化物、油污、锈蚀物等清除干净，从而提高金属表面的清洁度和质量。

2.表面硬化：喷丸强化会在金属表面形成一定深度的冷作硬化层，这是因为金属颗粒或研磨料的冲击会引起金属表面的塑性变形和冷变形，从而产生强化效果。

这种硬化层可以增加金属材料的硬度和耐磨性，提高抗疲劳性能。

3.残余压应力：喷丸强化会在金属表面产生一定的残余压应力，即冲击力的作用下，金属表面产生压缩变形，而内部则产生拉伸变形。

这些残余压应力的存在可以有效地阻止裂纹和缺陷的扩展，提高金属材料的抗拉强度和延伸率。

4.容积效应：喷丸强化可以在金属表面形成很多微小的挤压区，这些微小的挤压区可以有效地增加金属的表面积，增强金属与周围环境的接触，从而提高金属的氧化和腐蚀性能。

5.变形和急冷回火效应：喷丸强化过程中，金属颗粒或研磨料的冲击会引起金属表面的塑性变形和变形加热，而喷射介质的冷却能力很强，会在喷丸后对金属表面进行急冷回火。

这种急冷回火效应可以改善金属的晶粒结构和组织性能，提高金属的韧性和抗疲劳性能。

总之，喷丸强化通过冲击、压缩、冷变形和急冷回火等机制，对金属材料的表面和组织进行改善和增强，从而达到提高金属的性能和延长使用寿命的目的。

这种技术在航空、航天、能源、汽车等领域有着广泛的应用前景。

弹簧喷丸强化技术规范1.范围本标准适用于以提高和改善弹簧疲劳强度与应力腐蚀断裂强度为目的的喷丸强化工艺技术。

包括：圆柱螺旋压缩弹簧和汽车钢板弹簧，其它弹簧的喷丸处理可参照使用。

本标准规定了圆柱螺旋压缩弹簧（简称圆簧）和汽车钢板弹簧（简称板簧）喷丸强化的适用范围、术语、喷丸介质的要求、试片、试片夹具和弧高度测具、技术要求、检验规则与试验方法等。

2.规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘3.6弧高度曲线在其他的喷丸强化工艺参数不变的条件下，同一类型的试片分别各自接受不同时间的喷丸，获得一组弧高度值f随喷丸时间t（或喷丸次数）变化的数据，由这组数据在弧高值-时间坐标上绘制出的曲线，叫做弧高度曲线。

3.7喷丸强度任何一组工艺参数下的弧高度曲线上只存在一个饱和点，过此饱和点弧高度值随喷丸时间而缓慢增高。

在一倍于饱和点的喷丸时间下，弧高值的增量不超过饱和点处弧高值的10%，饱和点处的弧高值就定义为该组工艺参数的喷丸强度。

3.8表面覆盖率受喷零件表面上弹坑占据的面积与受喷表面总面积的比值，称为表面覆盖率（简称覆盖率），通常以百分数表示。

3.10普通喷丸（自由喷丸）??弹簧在无任何外力作用和常温下自由接受喷丸强化处理。

3.11应力/应变喷丸弹簧在恒定的外力作用下接受喷丸强化处理。

3.12多级喷丸弹簧接受数次（通常1至3次）喷丸强化处理。

4.喷丸强化原理喷丸强化工艺是利用高速运动的弹丸流对金属表面的冲击而使表面产生循环塑性应变层，由此导致该层的显微组织发生有利的变化并使表层引入残余压应力场。

表层的显微组织和残余压应力场是提高金属材料及其弹簧的疲劳（包括微锐角的或呈长针状的弹丸，铸造丸中含有沙眼和气孔的弹丸以及尺寸超出规定规格的弹丸，均称为不合格弹丸。

合格弹丸形状图1-1合格弹丸形状不合格弹丸形状ａ）呈长针状、沙眼和气孔的弹丸????????????ｂ）尖锐角的弹丸图1-2不合格弹丸形状图1弹丸形状是用70中的要求，A型试片适用于中强度范围；N型试片适用于低强度范围；C型试片适用于高强度范围。