喷丸强化原理与表层材料性能

2020-04-24 10:41:06

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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。

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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。