图1。2。1。1 喷丸强化过程
喷丸处理工艺中,弹丸通过喷丸机获得动能击打被处理表面,而一般也根据喷丸机中弹丸获得动能的方式,把喷丸机分为叶轮式和气动式喷丸机两种。其中,弹丸大小通常为0。1mm至2mm不等,而弹丸的大小是影响喷丸处理效果的一个重要因素。除此之外,喷丸处理还有几个工艺参数,同样也是决定处理层性质的关键,如喷射流量与速度、喷射角度、喷嘴到零部件表面的距离、喷射时间、喷丸强度和覆盖率等,这些参数都应该根据被处理对象具体需要的性能而被改变。上述喷丸工艺的参数中,一般喷丸覆盖率和喷丸强度是最常被使用来判断喷丸处理程度的一个参数,通常都用这两个参数来控制喷丸处理过程的进行,并以此检验喷丸处理是否有效。
对喷丸处理这种工艺,一般用弧高法来衡量其强度。弧高法即先制备一个标准的试片,然后在把试片固定于试件上,然后以被测量的喷丸工艺的条件下,令试片被弹丸击打,然后根据被击打结果产生的凸弧高度来衡量此喷丸参数的喷丸强度。其弧高的测量,喷丸测试装置和试片如图1。2。1。2:
图1。2。1。2 孤高法装置图
喷丸开始时间较短时,一般弧高随时间增长也较为明显,而当喷丸进行了一段时间后,这种增长则是迎来了饱和,当被处理面都被弹丸击打过时,弧高的增加量只会有十分微小的变化,一般的,把某一位置的喷丸时间翻倍,如果其喷丸测试带来的弧高增加量小于总弧高的十分一,我们认为这就是饱和点。 论文网
图1。2。1。3 孤高法饱和点示意图[4]
1。2。2 喷丸的强化机制
喷丸处理过程中,零件表面不断受高速弹丸轰击,金属或合金的表面不断发生重复的塑性变形,使其表面粗糙度发生变化[5][6]。同时,微观组织的位错密度也因此增加[7],亚晶粒得到细化。同时,在对钢进行喷丸处理时,弹丸和处理面的接触点有时因为动能剧烈的变为内能,会产生高温,会使部分奥氏体转化为马氏体。
喷丸处理作为一种表面改性处理,其显著特征就是会在被出面上产生一个塑形变形层,即喷丸处理层。该层会发生剧烈的组织结构变化,同时应力应力场也发生较大变化。在弹丸不断击中被处理面的过程中,塑形变形区域内的晶块和亚晶粒被细化,显微畸变增加,位错也发生增殖,甚至某些材料还会发生相变。图1。2。2。1为弹丸击中被处理面产生的影响:
图1。2。2。1 弹丸击中塑形变形区域图[8]
位错可以阻碍晶体的滑移,由于喷丸处理另位错密度增加,所以可以减少晶体的滑移,同时,在塑形变形区和未变形区的交界处,金属材料的滑移同样也会被阻碍。这种阻碍在实际材料的工作环境中,就表现为对疲劳裂纹延展的阻碍[9]。
喷丸处理的强化作用,产生影响的除了塑形变形,还有残余应力的引入。残余应力是发生塑形变形的同时产生的,产生原因是喷丸处理时,由于表面剧烈的塑形变形且内部基本没有塑形变形而产生,这种塑形变形的不均匀就在材料内部留下的残余应力和应力场[6](如图1。2。2。2)。