表面强化技术分析

• 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－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。
• 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 。
概述
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
8.1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。
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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。
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。
四、孔挤压强化
• 1.定义：利用特定的工模具（棒、衬套、 开合模具等）对工件的孔壁或周边进行 连续、缓慢、均匀的挤压，使其形成一 定厚度的塑性变形层，达到提高表面疲 劳强度和抗应力腐蚀能力的一种表面强 化工艺。 • 2.工艺方法：棒挤压、套挤压、压印模挤 压、旋压挤压。
挤压棒挤压强化
衬套挤压强化
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。
压印模挤压强化
旋压挤压强化
• 3.特点：孔挤压强化主要针对内孔要求抗 疲劳其它方法又无法做到的工件，比如 飞机上的重要零件，压印模挤压适用于 大型零件及蒙皮等关键承载件的强化 ； 旋压挤压适用于例如起落架等大型零件 的内孔强化等。外力是缓慢、均匀地施 加于工件表面。直接结果是使材料表面 获得预先的压应力，提高其抗疲劳和抗 应力腐蚀性能。
8.2表面相变强化
概述 感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火 激光表面熔凝技术 激光冲击淬火技术
• （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。
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：只适合一些形状简单的平板类零 件、轴类零件和沟槽类零件等，对形状 复杂的零件表面就无法应用了。
• 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。