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强力喷丸在商用车齿轮及乘用车齿轮中的应用效果及实例强力喷丸工艺是指在一定的气体压力下利用高速喷射的细小钢丸在室温下来撞击受喷工件表面，使得工件表层的材料产生弹塑性变形且呈现出比较高的残余压应力，从而提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要工艺方法，也是改善齿轮抗咬合能力，提高齿轮寿命的重要途径。
强力喷丸一方面可使零件的表面发生弹性变形，另一方面也可促使产生大量孪晶和位错，使材料表面发生加工强化。
强力喷丸对齿轮表面形貌和性能的影响主要表现在改变零件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件的疲劳寿命方面。
被强喷状态下的齿轮会有硬度、组织结构、相转变、表层残余压应力场的形成、表面粗糙度的变化等。
如图1即为低倍数下观察到的齿轮表面受喷状态。
下面就强喷工艺在我厂的相关应用简要阐述，以作讨论参考。
1. 强喷饱和状态及弧高值图1 强喷处表面形态饱和状态是指在同一种设定条件下继续强喷时已经不能够再改变受喷区域机械特性时的状态。
图2所示的红色点即为弧高度曲线饱和点，当强喷时间增加一倍后弧高值的增量不能超过10%的状态下，该饱和点处所对应的弧高值即为喷丸强度。
通常情况下，强喷时间在达到了饱和时间或是达到了两倍于饱和时间时即可获得最佳强化效果，我厂采用两倍于饱和时间来确保获得最佳强化效果。
需要注意的是，若强化时间不够会比强化时间过度更为不利。
弧高值（喷丸强度），是指先将符合AMS2430标准的硬度为44～50HRC的长、宽、高分别约为76mm×19mm×1.3mm阿尔门（Almen）试片固定在专用夹具阿尔门试块上，按照SAEJ442a和SAE443标准规定的方法使之受喷，要在规定的时间内使之达到饱和状态的强弱程度，该强弱程度用标准阿尔明试片弯曲的弧高值来度量。
阿尔门试片进行单面喷丸时，表面层在弹丸的喷射作用下会参与拉伸形变，朝向喷丸的那个面会呈现出球面弯曲。
喷丸结束后取下试片，然后用阿尔门量规（即阿尔门测试仪）测量试片经过单面喷丸作用下产生的参与拉伸形变量（即弧高度值）。
表面硬化处理的方法
表面硬化处理的方法有很多，主要用于提高材料的耐磨性、耐蚀性和疲劳强度。
淬火：
将金属加热到高温后迅速冷却，使表面硬化。
常用于钢铁材料。
氮化：
在一定温度和介质中使氮原子渗入金属表层，形成硬度高且耐腐蚀的氮化物层。
适用于轴类零件。
渗碳：
将低碳钢在渗碳介质中加热，使碳原子渗入表面，再经淬火处理，增加表面硬度。
常用于齿轮、轴等零件。
表面淬火：
利用快速加热和冷却使表层硬化，而不改变心部组织。
多用于轴类和齿轮类零件。
喷砂和喷丸：
通过高速喷射砂粒或钢丸撞击工件表面，提高表面硬度和疲劳强度。
表面涂层：
在材料表面涂覆一层硬度高的材料，如无机物、有机硅涂料等，提高表面硬度。
化学处理：
通过化学反应在金属表面形成一层硬化层，如发黑处理、磷化处理等。
齿轮加工方法
齿轮加工方法是一种用于制造齿轮的常见技术，它具有良好的精度、
可靠性以及高效率。
齿轮加工方法包括切削、冲孔、冲击、喷丸等，
这些加工方法都用来生产各种不同尺寸的齿轮。
本文将重点介绍五种
常用的齿轮加工方法。
一、切削加工：切削是生产齿轮的常用方法，广泛应用于工业领域。
它通常使用刀具对齿轮零件进行机械加工，例如锻造、铸造和挤压部
件等，以切削齿轮形状。
切削加工可准确地制造出精确的齿形和波形，具有形状精度高、效率高等优点。
二、喷丸加工：喷丸加工是一种机械加工方法，它可以大大提高齿轮
的精度和硬度。
它利用高速喷射铝粉或其他小颗粒，直接冲击到齿轮
表面，形成高硬度的涂层，彻底改变齿轮的形状和功能。
三、冲孔加工：冲孔加工是在齿轮上形成一定形状的孔，例如圆孔、
槽孔等。
它可以使齿轮更轻、更紧、更加耐用，并可减少磨损。
四、阳极氧化加工：阳极氧化处理是将铝合金等金属物质进行表面处
理的一种技术，它可以帮助减少和阻止齿轮磨损和老化，同时提高其
强度和耐磨性，使其更具耐久性。
五、冲击加工：冲击加工是利用高速冲击性元素，将金属材料冲击到
齿轮表面，从而形成髙强度的表面耐磨层的一种技术。
它有助于改善
齿轮的耐磨性能，使其寿命更长。
以上就是关于齿轮加工方法的介绍，可以看出，各种加工方法都有其
独特的表现，能够精确地制造出精确的齿轮。
齿轮加工方法在工业领域有广泛的应用，可以提高生产率与效率。
喷丸强化对20CrMnTi渗碳齿轮组织和性能影响马安博【摘要】The paper used shot-peening to strengthen the layer of the20CrMnTi carburizing gears.The microhardness,residual stress,retained austenite,roughness,contact fatigue and fracture surface of unpeened and shot-peening specimens were studied by the microhardness tester,X-ray stress analyzer,surface roughness meter,X-ray diffractometer and SEM.The results show that shot-peening can significantly improve the residual compressive stress on the specimen surface,the amount of residual austenite decreases,and the surface microhardness increases.And also shot-peening can increase the roughness and improve contact fatigue.%采用强力喷丸工艺对20CrMnTi钢渗碳齿轮试样进行了表面强化处理.利用硬度仪、X射线应力分析仪、表面粗糙度仪、X射线衍射仪和扫描电镜,分别测试分析了试样处理前后的显微硬度、残余应力、表面粗糙度、残余奥氏体含量、接触疲劳强度和疲劳断口形貌.结果表明:喷丸强化可显著提高试样表面的残余压应力,残余奥氏体量减少,表层显微硬度增加,表面粗糙度有不同程度增大,接触疲劳强度明显提高.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2017(000)002【总页数】4页(P32-35)【关键词】喷丸强化;残余应力;表面粗糙度【作者】马安博【作者单位】西安航空职业技术学院,陕西西安710089【正文语种】中文【中图分类】TG156.5齿轮是机械中广泛采用的传动零件之一。
喷丸处理是否提高齿轮的表面硬度？研究了喷丸参数对残余压应力的影响，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后进行应力松驰低温回火所对应的残余应力场。
关键词：喷丸强化,残余应力,低温回火1 引言喷丸强度通常采用弧高值法，即根据试片弧高值与同等条件下金属表面内应力间有对应关系这一原理来测定的。
这个方法的不足之处是不能精确测量距表面50μm以内的内应力值。
而对材料的疲劳寿命起决定性作用的恰恰是此表面层内的内应力值。
我们采用RICH SEIFERT&Co公司的7轴衍射（7-Axes-Diffractometer）X射线应力分析仪，就喷丸参数对残余内应力的影响进行了研究，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后经低温回火使应力松弛所对应的残余应力场。
2 试验材料和方法2.1 试验材料试验采用上海汽车齿轮总厂生产的桑塔纳轿车变速箱一档从动齿，材料为25MoCr5钢，化学成分见表1。
2.2 热处理工艺及喷丸工艺齿轮在上海汽车齿轮总厂的Aichelin多用炉中渗碳处理，碳势1%，温度900℃，淬火油温70℃（G 油），回火170℃，在叶轮式抛丸机（wheel labrator）上进行喷丸处理。
2.3 组织形貌、硬度及应力测定在RICH SERFERT&Co公司的X射线应力分析仪上测定残余应力沿层深分布，显微硬度在AKASI MVK-E上测量，载荷砝码50g。
每一深度测3次，取平均值。
用日立S-500型扫描电镜和蔡氏NEOPHOT-21型光学显微镜进行显微组织分析。
残留奥氏体量在理学电机(Rigaku)株式会社的转靶X射线衍射仪上测定。
3 试验结果及分析3.1 喷丸参数对残余压应力的影响改变喷丸时间，并保持喷丸速度为2900r/min，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图1所示。
改变喷丸速度，并保持喷丸时间15s，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图2所示。
图1 残余应力随时间的变化规律图2 残余应力随转速的变化规律由图1看出，随着喷丸时间的增加，距试样表层5μm、25μm、50μm处的残余压应力都逐渐增加，在10s以后，25μm深处的残余应力的递增速度超过5μm处。
喷丸的原理与应用喷丸是一种表面处理技术，通过高速喷射颗粒或颗粒流撞击工件表面，以去除表面杂质，改善表面质量和增加表面硬度的方法。
其原理主要涉及颗粒动能、颗粒形状和撞击角度等因素的相互作用。
1.颗粒动能：喷丸设备通过高速喷射颗粒或颗粒流，使其具有较高的动能。
当颗粒撞击工件表面时，动能转化为变形能量和热量。
变形能量可使工件表面结构发生改变，而热量则有助于改变表面硬化和残余应力分布。
2.颗粒形状：颗粒形状对喷丸效果有重要影响。
常见的颗粒形状包括球形、角状、锥形等。
不同形状的颗粒在撞击表面时会产生不同的切削和挤压作用，从而影响表面的去除效果和表面质量。
3.撞击角度：撞击角度是指颗粒与工件表面的夹角。
不同的撞击角度会产生不同的撞击力和撞击强度。
一般来说，较小的撞击角度可以提高颗粒对表面杂质的去除能力，而较大的撞击角度则有助于改善表面硬度和残余应力分布。
喷丸技术具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1.表面清洁：喷丸可以有效地去除工件表面的氧化皮、锈蚀、毛刺等杂质，从而使表面更加清洁、光滑和均匀。
2.表面改良：喷丸可以通过改变工件表面的形貌和结构，从而实现表面强化和改进。
例如，喷丸可以增加工件表面的粗糙度，提高涂层附着力，增加表面硬度和耐磨性。
3.表面修复：喷丸可以修复受损或磨损的工件表面。
例如，通过选择合适的喷丸介质和参数，可以修复发动机缸体、轴承座和齿轮等零部件的表面。
4.去应力、改善表面处理效果：喷丸可以去除工件表面的残余应力，并改变表面的组织和应力状态，从而提高工件的耐腐蚀性能、疲劳寿命和抗应力腐蚀性能。
5.预处理和涂装：喷丸可以作为表面预处理的一环，用于清除旧涂层、氧化皮等，为涂装提供均匀的表面。
同时，喷丸还可以改善涂层的附着力和抗腐蚀性能。
6.金属废料回收：喷丸可以用于回收废弃的金属材料。
通过喷丸可以去除金属表面的氧化皮、涂层等杂质，从而恢复金属的原始性质，减少资源浪费。
综上所述，喷丸作为一种表面处理技术，通过高速喷射颗粒或颗粒流撞击工件表面，可以实现表面清洁、改良、修复，去除残余应力等多种功能，广泛应用于金属加工、航空航天、汽车制造、钢结构、电力设备等领域。
实践证明，强力喷丸工艺是提高齿轮齿部弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的重要方法，是改善齿轮抗咬合能力、提高齿轮寿命的重要途径。
强力喷丸工艺最早产生于20世纪20年代，主要应用在军事领域。
随着应用范围的推广，强力喷丸工艺提高齿轮疲劳强度和寿命的能力已被很多企业所证实。
工作原理强力喷丸工艺主要是利用高速喷射的细小钢丸在室温下撞击受喷工件表面，使工件表层材料产生弹塑性变形并呈现较高的残余压应力，从而提高工件表面强度及疲劳强度。
喷丸一方面使零件表面发生弹性变形，同时也产生了大量孪晶和位错，使材料表面发生加工强化。
喷丸对表面形貌和性能的影响主要表现在改变零件的表面硬度、表面粗糙度、抗应力腐蚀能力和零件的疲劳寿命。
零件的材料表层在钢丸束的冲击下发生循环塑性变形。
根据材料的性质和状态的不同，喷丸后材料的表层将发生以下变化：硬度变化、组织结构的变化、相转变、表层残余应力场的形成、表面粗糙度的变化等。
喷丸强度的测量方法当一块金属片接受钢丸流的喷击时会产生弯曲。
饱和状态和喷丸强度是喷丸加工工艺中的两个重要概念。
饱和状态是指在同一条件下继续喷击而不再改变受喷区域机械特性时的状态。
所谓喷丸强度，就是通过打击预制成一定规格的金属片（即试片），在规定的时间使之达到饱和状态的强弱程度，并用试片弯曲的弧高值来度量其喷击的强弱程度。
目前，应用最广的美国机动车工程学会喷丸标准中采用阿尔曼提出的喷丸强化检验法——弧高度法，该方法由美国GM公司的J. O. Almen（阿尔门）提出，并由SAEJ442a和SAE 443标准规定的测量方法，其要点是用一定规格的弹簧钢试片通过检测喷丸强化后的形状变化来反映喷丸效果。
对薄板试片进行单面喷丸时，由于表面层在弹丸作用下产生参与拉伸形变，所以薄板向喷丸面呈球面弯曲。
通常在一定跨度距离上测量球面的弧高度值，用其来度量喷丸的强度。
测定弧高度值是通过将阿尔门试片固定在专用夹具上，经喷丸后，再取下试片，然后用阿尔门量规测量试片经单面喷丸作用下产生的参与拉伸形变量（即弧高度值）。
喷丸处理名词解释喷丸处理是一种常用于表面处理的工艺，通过高速喷射磨料颗粒（通常为金属、瓷砂、玻璃珠等）对被处理物体进行冲击磨削，以达到清洁表面、强化材料、改善工件表面性能的效果。
喷丸处理主要应用于金属制造、汽车制造、航空航天等行业。
一、喷丸处理过程喷丸处理通常使用喷砂机进行，喷砂机由压缩空气或机械动力驱动，在高速的喷射流中催动磨料颗粒。
喷射磨料以高速冲击在被处理物体表面，瞬间去除表面的污垢、氧化层或涂层。
同时，磨料颗粒的冲击力还可以使金属表面产生塑性变形，消除应力集中，提高材料的表面质量。
二、喷丸处理的优势1. 清洁表面：喷丸处理可以将杂质、氧化层和油脂等污垢彻底清除，使金属表面达到洁净状态。
这为后续的涂装、防腐等工艺提供了良好的基础。
2. 强化材料：喷丸处理可以使材料表面产生塑性变形，并形成一定的压应力层。
这种压应力层能够提高金属的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，延长材料的使用寿命。
3. 改善表面性能：喷丸处理可以改变材料表面的粗糙度和表面形貌。
通过选择适当的喷砂工艺参数，可以实现表面的去毛刺、去毛化，增加表面的附着力，提高材料的表面质量。
4. 提高工件工艺性能：喷丸处理可以消除金属工件上的应力集中，减少裂纹和断裂的产生。
同时，通过改变喷砂时磨料颗粒的大小、形状和密度等参数，还可以调控材料的表面硬度，提高材料的机械性能。
三、喷丸处理的应用领域喷丸处理广泛应用于各个行业，主要包括以下几个方面：1. 金属制造：喷丸处理在金属制造行业中被广泛用于清洁金属表面、去除氧化层、除去焊渣等。
例如，钢铁制造中的钢板、钢管、钢板焊接缝等都需要进行喷丸处理，以提高材料表面的质量。
2. 汽车制造：喷丸处理在汽车制造中应用广泛。
例如，汽车发动机的缸体、曲轴和齿轮等关键零部件经过喷丸处理后可以消除应力集中，提高材料的强度和硬度，增加其使用寿命。
3. 航空航天：在航空航天领域，喷丸处理被用于航空发动机的涡轮叶片、压气机叶片等关键部件的表面处理，以提高其抗疲劳性能和耐腐蚀性能。
喷丸强化对齿轮材料弯曲疲劳性能的影响弯曲疲劳性能是评价齿轮承载能力的一项重要指标，而喷丸强化是提高齿轮弯曲疲劳性能的有效手段，国内外很多机构对影响齿轮弯曲疲劳性能的因素进行过研究。
原一汽技术中心曾自行设计开发了齿轮弯曲疲劳试验装置，针对强化喷丸工艺对齿轮弯曲疲劳性能的影响进行了研究，认为喷丸强化齿轮齿根残余应力达到1000MPa时较未喷丸齿轮弯曲疲劳强度可以提高10%；重庆大学樊毅啬等人研究了喷丸强化对齿根残余应力的影响，认为喷丸强化可以提高齿轮弯曲疲劳性能；西北工业大学徐颖强等研究了喷丸强化对齿轮残余应力的影响，并对齿面残余应力分布情况进行了测试研究。
本文通过齿轮弯曲疲劳试验研究了齿轮材料表面喷丸强化工艺对齿轮弯曲疲劳性能的影响。
齿轮弯曲疲劳试验试验方法：齿轮材料弯曲疲劳试验夹具采用图1所示的单齿加载方式。
该种试验方法通过摩擦力固定试验齿轮，摩擦力来至紧固螺栓的扭紧力矩。
试验方法执行GB/T14230—1993《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》中的4.2B轮齿高频脉动加载试验方法。
图1 试验夹具示意试验齿轮基本参数：试验齿轮为直齿轮，材料采用20CrNiMoH，齿轮制造工艺为锻造-正火-粗车-精车-滚齿-渗碳淬火-磨齿-喷丸；渗碳温度（925±5）℃, 840 ℃淬火，180 ℃回火；齿轮喷丸采用QZG-1000Y型吊挂式抛丸机，丸速80m/s，丸粒直径0.8mm，覆盖率为200%；残余应力测试设备为X射线应力仪X3003，测试方法为X射线衍射法。
试验齿轮主要参数见表1，试验齿轮的宏观形貌见图2，试验齿轮力学性能检验结果见表2，化学成分检验结果见表3。
试验过程：试验设备为Zwick15吨高频试验机，试验应力比r为0.05，试验频率为105Hz。
为了比较喷丸与未喷丸齿轮的疲劳强度及S-N曲线斜率，分别测试2种齿轮的S-N曲线进行比较。
采用分组法测试S-N曲线的斜线段部分，应力级别5个以上，成组数据点在8个以上；利用升降法测试曲线疲劳强度极限，条件疲劳极限寿命为300万次，有效数据在10个以上。
喷丸处理是否提高齿轮的表面硬度？研究了喷丸参数对残余压应力的影响，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后进行应力松驰低温回火所对应的残余应力场。
关键词：喷丸强化,残余应力,低温回火 1 引言喷丸强度通常采用弧高值法，即根据试片弧高值与同等条件下金属表面内应力间有对应关系这一原理来测定的。
这个方法的不足之处是不能精确测量距表面50μm以内的内应力值。
而对材料的疲劳寿命起决定性作用的恰恰是此表面层内的内应力值。
我们采用RICH SEIFERT&Co公司的7轴衍射（7-Axes-Diffractometer）X射线应力分析仪，就喷丸参数对残余内应力的影响进行了研究，分析了喷丸对渗碳层硬度和显微组织的影响，初步探讨了喷丸后经低温回火使应力松弛所对应的残余应力场。
2 试验材料和方法 2.1 试验材料试验采用上海汽车齿轮总厂生产的桑塔纳轿车变速箱一档从动齿，材料为25MoCr5钢，化学成分见表1。
2.2 热处理工艺及喷丸工艺齿轮在上海汽车齿轮总厂的Aichelin多用炉中渗碳处理，碳势1%，温度900℃，淬火油温70℃（G油），回火170℃，在叶轮式抛丸机（wheel labrator）上进行喷丸处理。
2.3 组织形貌、硬度及应力测定在RICH SERFERT&Co公司的X射线应力分析仪上测定残余应力沿层深分布，显微硬度在AKASI MVK-E上测量，载荷砝码50g。
每一深度测3次，取平均值。
用日立S-500型扫描电镜和蔡氏NEOPHOT-21型光学显微镜进行显微组织分析。
残留奥氏体量在理学电机(Rigaku)株式会社的转靶X射线衍射仪上测定。
3 试验结果及分析3.1 喷丸参数对残余压应力的影响改变喷丸时间，并保持喷丸速度为2900r/min，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图1所示。
改变喷丸速度，并保持喷丸时间15s，丸粒硬度为57HRC，所得应力值如图2所示。
图1 残余应力随时间的变化规律图2 残余应力随转速的变化规律由图1看出，随着喷丸时间的增加，距试样表层5μm、25μm、50μm处的残余压应力都逐渐增加，在10s以后，25μm深处的残余应力的递增速度超过5μm处。
正是因为，随着喷丸时间的延长，残余应力由表层向材料内部逐渐渗透，但表层的组织在喷丸的作用下遭到了一定的损坏，粗糙度增加，可能产生微小裂纹使残余应力值有所降低。
由图2看出，随着钢丸转速增加，残余应力值也随之增加。
但当转速超过3000r/min，距表层5μm处的残余应力值有所下降。
这是因为，钢丸转速增加，喷丸作用增大，残余应力值上升明显，但超过一定喷丸强度后，表层组织遭到破坏，产生微小裂纹，使残余应力值下降。
由图1、2可看出，在喷丸过程中，过度喷丸对表层有损害作用，因此选择喷丸参数时，既要考虑到残余应力要达到一定的数值，又要防止过度喷丸。
3.2 喷丸对渗碳层硬度的影响对喷丸前后的显微硬度的分布进行测试，其结果见图3。
由图3曲线可以看出，喷丸件表层显微硬度明显提高，心部组织硬度基本相同。
硬度发生变化区域均为距表面0.1mm范围以内，最大变化区域在距表面0.1mm附近，表层的硬度显著提高是受到高的残余压应力、加工硬化和组织变化综合作用的结果，其中残留奥氏体的显著减少对硬度提高也作出了贡献。
3.3 喷丸对渗碳表层内显微组织的影响用扫描电子显微镜对未喷丸和喷丸（转速为2900r/min）的样品进行分析观察，试验结果见图4。
图4 喷丸对渗层组织的影响（a）未喷丸（b）经喷丸试验观察发现，未喷丸的马氏体片间保留有较多的残留奥氏体组织如图4a；喷丸后如图4b，马氏体的微观亚结构被细化，残留奥氏体诱发转变为马氏体，该马氏体针非常细小。
喷丸细化了金属表面的微观亚结构，使金属表面位错密度增加，亚晶细化，晶格畸变加剧。
用光学显微摄影仪对未喷丸和喷丸的样品进行分析观察，试验结果见图5。
图 5 渗层光学显微组织 x400 （a）未喷丸（b）喷丸试验观察发现，未喷丸试样的残留奥氏体（白色）较喷丸后的残留奥氏体含量多。
因为喷丸使试样中的残留奥氏体转变为马氏体，用来提高表面硬度。
就表层组织来看，喷丸后的马氏体针明显较未喷丸试样细小致密，这也进一步说明喷丸起到了细化马氏体亚结构的作用。
用X射线衍射仪对未喷丸和经喷丸（转速为2900r/min）的样品进行分析观察，试验结果见图5。
从图6中可以看出，喷丸前残留奥氏体的衍射峰在衍射后基本上消失了，说明喷丸能有效地使残留奥氏体转变为马氏体，有利于残余压应力的提高，从而提高齿轮的寿命。
图6 试样的X射线衍射图（a）未喷丸样品（b）喷丸样品 4 残余应力场的松弛为了研究喷丸残余应力场的稳定性问题，对两组上海汽车齿轮总厂生产的桑塔纳轿车变速箱一档从动齿试样分别进行了两种处理：一种处理为喷丸强化（3000r/min，15s，57HRC）；另一种处理为喷丸强化X应力松弛低温回火。
在RICH SERFERT&Co公司生产的7-Axes-Diffractometer X射线应力分析仪上测定距表面25μm处的残余应力。
喷丸引入的表层残余压应力场在其后的疲劳加载过程中会发生松弛，如图7所示。
在疲劳加载初期，喷丸残余应力场会发生急剧的松弛，而在疲劳加载后期，残余应力场的松弛很缓慢，松弛量也很小，并逐渐趋于稳定态。
图7 残余应力场的松弛残余应力的迅速松弛是工件服役加载后表层材料剧烈塑性变形的结果。
在疲劳加载初期，试样表层的位错密度迅速降低，一方面是由于在外载作用下一部分异号位错在运动中相互抵消；另一方面是由于晶体的大量滑移使位错首先在晶界等障碍物前塞积。
当该处的应力达到断裂应力时，随即在塞积处形成一定数量的微裂纹，应力场被松弛，使工件表层造成损伤。
而在随后的疲劳循环中，疲劳裂纹在上述各损伤处优先形核，这就必然会降低疲劳裂纹的萌生寿命。
一旦其中某一裂纹扩展至一定长度并形成主裂纹时，其他微裂纹会因应力松弛而停止扩展。
因此，残余应力的静载松弛是一种损伤性松弛〔1〕。
如果能使喷丸强化效果下的静态残余应力场在疲劳加载前就预先非损伤性松弛到稳态应力场，则可避免残余应力场在疲劳加载初期的静载松弛，最大限度地提高工件的疲劳寿命。
因此，在喷丸后又进行了一组应力松弛低温回火试验，来获得稳定的应力场。
回火温度对残余应力的影响如图8所示。
试样在不同温度下回火，应力场发生不同程度的松弛。
回火温度越高，松弛量越大。
一定温度以后，松弛量趋于平衡，具有良好的稳定性。
图8 残余应力场的低温回火松弛综上所述，疲劳加载和低温回火都可以使喷丸后产生的应力场得到松弛，但是后者通过加热使形变材料的组织结构发生回复，不会给材料带来损伤。
低温回火后的喷丸齿轮在疲劳寿命上有所提高。
5 结论（1）喷丸强化可显著提高渗碳齿轮表面的残余压应力，从而提高齿轮的疲劳寿命。
但要对喷丸参数进行合理的选择，防止过度喷丸，以免产生表面缺陷，降低强化效果。
（2）喷丸使渗碳表面硬度增加，距表面愈近，效果愈明显。
喷丸造成的表面硬度增加是由于表层组织形变强化及残余压应力值增大的综合结果。
（3）喷丸能够使试样表层的组织强化，即残留奥氏体发生诱发马氏体转变，并且能够细化马氏体的亚结构。
（4）低温回火可以使喷丸后产生的应力场得到松弛，有效地避免了残余应力的静载松弛对材料带来的损伤。
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%。
当残留只有2%，即覆盖率为98%时，可视为全部清除，即覆盖率为100%，此时就有一个时间。
若达到400%的覆盖率，就是4倍的该时间。
5 覆盖率的影响因素影响覆盖率的因素有零件材料硬度、弹丸直径、喷射角度和距离、喷丸时间等。
在规定的喷丸强度条件下，零件的硬度低于或等于标准试片硬度时，覆盖率能达到100%；反之，覆盖率会下降。
在相同的弹丸流量下，喷嘴与工件的距离越长、喷射的角度越小、弹丸直径越小，达到覆盖率要求的时间就越短。
喷丸强化时，应选择大小合适的弹丸、喷射角度及距离，使喷丸强度和覆盖率同时达到要求值。
6 表面粗糙度由于钢丸的喷射，对工件表面的粗糙度产生一定的变化。
影响表面粗糙度的因素有零件材料的强度和硬度、弹丸直径、喷射的角度和速度、零件的原始表面粗糙度。
在其他条件相同的情况下，零件材料的强度和表面硬度值越高，塑性变形越困难，弹坑越浅，表面粗糙度值越小；弹丸的直径越小，速度越慢，弹坑就越浅，表面粗糙度值就变小；喷射的角度大，弹丸速度的法向分量越小，冲击力越小，弹坑越浅，弹丸的切向速度越大，弹丸对表面的研磨作用就越大，表面粗糙度值就越小；零件的原始表面粗糙度也是影响因素之一，原始表面越粗糙，喷丸后表面粗糙度值降低越小；相反，表面越光滑，喷丸后表面变得粗糙。
