6第六章表面改性技术1

1、第六章 外表改性技术6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术 零件在服役过程中往往由于外表强度缺乏，或者耐腐蚀性能差，而疲劳破损失效。因此，改善和提高资料的外表性能，就成为提高疲劳强度、延伸运用寿命的重要工艺措施。外表形变强化就是近年来国内外广泛研讨运用的工艺之一，金属外表喷丸强化工程就是其代表性技术。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术金属外表形变强化方法及其运用常用的金属资料外表形变强化方法主要有喷丸、滚压和内孔挤压等强化工艺。外表滚压强化表示图。对于圆角、沟槽等皆可经过该方法获得表层形变强化，并引进剩余压应力。内孔挤压是使孔的内外表获得形变强化的工艺措施，效果显著。外表滚压6

2、.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术 喷丸强化是当前国内外广泛运用的一种外表强化方法，即利用高速弹丸剧烈冲击零件外表，使之产生形变硬化层并引进剩余压应力。已广泛用于弹簧、齿轮、链条、铀、叶片、火车轮等零部件，可显著提高金属的抗疲劳，抗应力腐蚀破裂、抗腐蚀疲劳、抗微动磨损、耐点蚀等的才干。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术 喷丸强化原理：1构成形变硬化层，在此层内产生两种变化：一是亚晶粒极大的细化，位错密度增高，晶格畸变增大；二是构成了高的宏观剩余压应力。2外表粗糙度略有增大，但却使切削加工的锋利刀痕圆滑。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术外表强化层的组织变化：6.1

3、金属外表形变强化第六章 外表改性技术外表强化层的组织：6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术强化后剩余应力的分布规律外表为剩余压应力，心部为剩余拉应力，最外表层由于应力松驰，其剩余应力稍有降低，故曲线上有“抬头景象。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术疲劳强度随外表剩余压应力的添加而添加6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术喷丸强化用的弹丸，常用的有三种：1) 铸铁弹丸 碳质量分数物为2.75-3.60，硬度约为HRC58-65,退火后硬度为HRC30-57 。铸铁弹丸的价钱低廉。2) 钢弹丸 当前运用的钢弹丸普通是将含碳量为0.7的弹簧钢丝(或不锈钢丝)，切制成段，经磨圆

4、加工制成，直径为0.4-1.2mm。硬度HRC45-50为最适宜。钢弹丸的组织最好为回火马氏体或贝氏体。3) 玻璃弹丸 其运用是在近十几年开展起来的，已在国防工业中获得运用。玻璃弹丸的直径为0.050.40 mm范围,硬度HRC46-50。 此外,还有陶瓷弹丸、聚合塑料弹丸等。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术喷丸强化 强化用的弹丸与清理、成型、校形用的弹丸不同，必需是因球形，切忌有棱角，以免损伤零件外表。 普通来说，黑色金属制件可以用铸铁丸、钢丸和玻璃丸。有色金属和不锈钢制件那么需采用不锈钢丸或玻璃丸。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术喷丸强化设备主要有两类：1机械离心式

5、喷丸机，适用于要求喷丸强度高、种类少、批量大、外形简单、尺寸较大的零件。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术喷丸强化设备主要有两类：2气动式喷丸机适用于要求喷丸强度较低、种类多、批量小、外形复杂、尺寸较小的零件。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术2气动式喷丸机紧缩空气式6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术重力式喷丸机构造比吸入式复杂，适宜运用比重、直径较大的金属弹丸。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术直接加压式喷丸机6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术表示喷丸强化质量的三个参数：喷丸强度、覆盖率、外表粗糙度。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技

6、术1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。 喷丸构成的剩余压应力可以到达零件资料抗拉强度的60，剩余压应力层的深度通常可达0.25mm，最大极限值为mm左右。 喷丸强度需求一定的喷丸时间来保证，经过一定时间，喷丸强度到达饱和后，再延伸喷丸时间，强度不再明显添加。 在喷丸强度的阿尔门实验中，喷丸强度的表征为试片变形的拱高。 6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术阿尔门实验 弧高度测试时采用规范化的弧高度试片，也称 Almen试片。试片分N、A、C三种 ，其资料和硬度都有规定，长度和宽度也

7、固定，只是厚度不同。其中运用较多的为A试片(厚127mm)，适用于中等喷丸强度。 试片在公用的夹具中，接受在一组选定的工艺参数条件下进展的放射，然后丈量其变形后凸弧的高度作为喷丸强度的量度。弧高度单位用mm表示。例如，30A表示 A试片弧高度为03mm。 图为不同弹丸速度和喷丸时间的弧高度值曲 线。当喷丸时间延伸时，弧高度先增大，之后逐渐平 稳，呈饱和趋势。弹丸速度提高(喷丸机叶轮转速提 高)，那么弧高度全面增大。消费实践中以弧高度的饱和 值作为喷丸强度。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术2所谓覆盖率是指强化后外表弹坑占据的面积与总强化外表的比值。喷丸覆盖率的影响要素：零件资料的硬度

8、、弹丸直径、放射角度及间隔、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规范试片硬度时，覆盖率能到达100；反之，覆盖率会下降。 在一样的弹丸流量下，喷嘴与工件的间隔越长、放射的角度越小、弹丸直径越小，到达覆盖率要求的时间就越短。 喷丸强化时，应选择大小适宜的弹丸、放射角度及间隔，使喷丸强度和覆盖率同时到达要求值。 通常覆盖率要求在100% - 200%，有些零件，如曲轴运用能够要求覆盖率高于200%。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术3外表粗糙度的影响要素：零件资料的强度和硬度、弹丸直径、放射角度及速度、零件的原始外表粗糙度。 在其他条件一样的情况下，零件资料的强度和

9、外表硬度值越高，塑性变形越困难，弹坑越浅，外表粗糙度值越小； 弹丸的直径越小，速度越慢，弹坑就越浅，外表粗糙度值就变小； 放射的角度大，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，弹丸对外表的研磨作用就越大，外表粗糙度值就越小； 零件的原始外表粗糙度也是影响要素之一，原始外表越粗糙，喷丸后外表粗糙度值降低越小；相反，外表越光滑，喷丸后外表变得粗糙。 当对零件进展高强度的喷丸后，深的弹坑不但加大外表粗糙度值，还会构成较大的应力集中，严重减弱喷丸强化的效果。6.1 金属外表形变强化第六章 外表改性技术 喷丸强化工艺顺应性较广；工艺简单、操作方便；消费本钱低，经济效益好，强化效

10、果明显。近年来，随着计算机技术开展，带有信息反响监控的喷丸技术已在实践消费中得到运用，使强化的质量得到了进一步提高。 喷丸强化在汽车上的运用 凡是接受交变载荷的零件都用喷丸强化工艺。如螺旋弹簧、板簧、扭杆、齿轮、传动元件、轴承、连杆、凸轮轴、曲轴等。 汽车板簧的工艺道路：扁钢延续-加热压弯成型-淬火中文回火-喷丸-装配 6.2 外表热处置第六章 外表改性技术 外表淬火是指采用快速加热，使钢件表层奥氏体化并立刻快冷获得马氏体，而心部仍坚持原始组织的一种淬火工艺。 外表淬火的加热方法有多种，如感应加热、火焰加热、电接触加热、电解液加热等。其中最常用的是火焰加热和感应加热两种。 6.2 外表热处置第

11、六章 外表改性技术一、感应加热外表淬火 目前运用最广、开展最快的一种外表热处置方法。“集肤效应 主要适用于大批量消费的轴、齿轮等零件。6.2 外表热处置第六章 外表改性技术一、感应加热外表淬火 感应加热外表淬火是利用电磁感应的原理，使零件在交变磁场中切割磁力线，在外表产生感应电流，又根据交流电集肤效应，以涡流方式将零件外表快速加热，而后急冷的淬火方法。 集肤效应(skin effect)又叫趋肤效应，当交变电流经过导体时，电流将集中在导体外表流过，这种景象叫集肤效应。电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时，会聚集于导体表层，而非平均分布于整个导体的截面积中。频率越高，趋肤成效越显著。6.2

12、外表热处置第六章 外表改性技术一、感应加热外表淬火 6.2 外表热处置第六章 外表改性技术一、感应加热外表淬火 电流频率愈高，电流透入深度就愈小，硬化层深度越厚薄。因此应根据零件所要求的淬火层深度来选择频率，从而选定设备。6.2 外表热处置第六章 外表改性技术一、感应加热外表淬火淬火后工件断面组织6.2 外表热处置第六章 外表改性技术一、感应加热外表淬火感应淬火后零件的外表性能高额感应淬火时，在零件表层中产生较大的压应力，抗疲劳性能加强；感应淬火时马氏体组织细小，碳化物弥散细小，硬度高。感应淬火时零件经受猛烈的喷水冷却，使剩余奥氏体量较少，故硬度较高。 氧化、脱碳小，组织性能稳定。6.2 外表

13、热处置第六章 外表改性技术一、感应加热外表淬火感应淬火类型：根据频率不同，分为中频感应淬火，高频感应淬火，此外还有超音频感应淬火、双频感应淬火。表6-9.6.2 外表热处置第六章 外表改性技术 根据交变电流的频率高低，可将感应加热热处置分为超高频、高频、超音频、中频、工频 5类。超高频感应加热热处置所用的电流频率高达27兆赫，加热层极薄，仅约0.15毫米，可用于圆盘锯等外形复杂工件的薄层外表淬火。高频感应加热热处置所用的电流频率通常为200300千赫,加热层深度为0.52毫米,可用于齿轮、汽缸套、凸轮、轴等零件的外表淬火。超音频感应加热热处置所用的电流频率普通为2030千赫，用超音频感应电流对

14、小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布。中频感应加热热处置所用的电流频率普通为2.510千赫,加热层深度为28毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辊等工件的外表淬火。工频感应加热热处置所用的电流频率为5060赫，加热层深度为1015毫米，可用于大型工件的外表淬火。6.2 外表热处置第六章 外表改性技术600mm冷轧辊工频淬火6.2 外表热处置第六章 外表改性技术大型铸钢件工频淬火6.2 外表热处置第六章 外表改性技术 各种感应加热器6.2 外表热处置第六章 外表改性技术二、火焰加热外表淬火利用氧-乙炔火焰将钢件表层迅速加热到淬火温度，然后立刻喷水冷却以实现外表淬火的方法。其淬硬层普通为2-6mm。6.2 外表热处置第六章 外表改性技术二、火焰加热外表淬火火焰加热外表淬火设备简单，本钱低，但易使钢件外表过热，质量控制比较困难。因此，它主要适用于单件、小批量消费以及大型零件如大型齿轮、轴、轧辊等的外表淬火。6.2 外表热处置第六章 外表改性技术三、接触电阻加热外表淬火利用触头(铜或石墨材质)和工件的接触电阻，低电压、大电流，使触点温度迅速上升。将触点以一定速度移过工件外表，即可将表层加热至淬火温度，并在工件本身的冷