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喷丸强化原理与表层材料性能 

2020-09-28 15:53:24 喷丸技术联盟 阅读

喷丸强化过程是弹丸流不断的冲击金属材料表层使表层(0.1~0.7mm)材料发生循环塑性变形,从而形成变形强化的过程。经过喷丸循环塑性变形的表层,其材料的组织结构发生变化、亚晶粒极大细化,位错密度增高,晶格畸变增大;形成很高的宏观残余应力,表面粗糙度和表面形貌也都发生变化。材料表层发生各种变化,将明显地提高材料的抗疲劳和应力腐蚀性能,使材料表面性能得到强化。

喷丸强化层的组织结构

材料经一定的冷、热(退火和淬火、同火)加工后,其表面保持着材料固有的晶粒尺寸D、亚晶粒尺寸d、位错密度及基本相同晶面间距,喷丸强化时,表层金属在大量高速弹丸的冲击下,发生激烈的循环塑性变形。在塑性变形过程中,伴随着晶体滑移,导致亚晶体粒内位错密度增加,晶格畸变使晶面间距发生变化,由大致相同变为由表面向内层逐步减小。喷丸强化层在工作过程中,由于温度和交变载荷的分别或共同作用,晶体反复滑移,相反方向的位错互相抵消,同方向的位错重新排列形成小角度拉错墙,进而形成尺寸更小的亚晶粒。如下图,喷丸强化组织结构的变化,对材料的机械性能产生了极大的影响。

图片关键词

喷丸强化层的组织结构与材料性能

喷丸强化层内组织结构的变化是提高材料疲劳强度的重要因素之一。金属材料的疲劳性能取决于表层材料组织结构和机械性能,喷丸强化层内晶粒或晶粒细化及晶格畸变的增高,都能有效的阻止晶体滑移,提高材料的屈服强度。材料的疲劳强度在一定范围内与屈服强度成线性关系。屈服强度的提高必然使其疲劳强度提高。因此,喷丸强化能显著提高材料的疲劳强度。

喷丸强化层内晶粒行状和排列方式的变化,提高了表面的显微硬度,即材料表面形成加工硬化,也使材料的疲劳强度提高。