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    巴翔科技—助力 —上大鑫侖
    發布日期:2022/5/11 10:24:15

    鑫侖科普——噴丸處理

    文章來源—上大鑫侖材料科技有限公司


    什么是噴丸?


    噴丸是一種常見的表面處理工藝,通過高速運動的丸粒持續沖擊工件表面,可使工件表面產生塑性變形,引入加工硬化、細晶強化,同時在工件表面形成一定深度的殘余壓應力層。噴丸強化能夠有效提高工件的抗磨損性、抗疲勞性和抗腐蝕性。噴丸與噴砂的機理類似,都是以壓縮空氣作為動力,只是選擇的介質不同,通常來說噴丸的丸粒尺寸更大,彈丸直徑在0.2~2.5mm之間。噴砂的主要目的是清理工件表面,而噴丸的主要作用是強化工件表面,其清理效果相對較差。


     噴丸示意圖



    上大鑫侖噴丸設備


    以下是模具噴丸前后的照片,由圖可見噴丸后模具表面的污物已被去除,表面更加光潔。


    (a)(c)噴丸前,(b)(d)噴丸后


    噴丸強度和覆蓋率 


    目前主要通過噴丸強度和覆蓋率兩個參數來表征噴丸的效果,一般依據目標噴丸強度和覆蓋率來制定噴丸工藝。

    1、噴丸強度:指的是噴丸時間延長一倍時,阿爾門試片弧高值增量為10%的點。噴丸強度曲線如下圖所示,隨著噴丸時間的延長阿爾門試片的弧高值不斷增大,但其增大的幅度不斷降低,噴丸強度為“飽和曲線”上的一個特殊點,即噴丸時間延長一倍,弧高值的增量不超過10%。

    噴丸強度飽和曲線


    2、覆蓋率:指的是噴丸后工件表面彈坑面積占原始表面積的百分比。通常將覆蓋率大于98%定義為“完全覆蓋”,即認為其覆蓋率為100%。當所需覆蓋率大于100%,可以通過延長噴丸時間來獲得。比如要求覆蓋率為200%時則需將達到100%覆蓋率所需的時間延長一倍。工件的材料,幾何形狀都會對覆蓋率產生影響。目前覆蓋率的檢測方法主要有目測法、熒光法和覆蓋率檢測儀測定法。


    噴丸強化機制 


    噴丸強化機制主要有兩方面:


    1、應力強化機制:噴丸過程中,工件表面在丸粒的沖擊下產生塑性變形,使材料向四周延伸,延伸的部分會受到周圍組織的束縛形成一定的殘余壓應力,當丸粒沖擊AB中心部位的材料時,材料會向四周產生膨脹,而周圍的材料會產生壓應力抑制其膨脹,而在CD位置的材料會產生一個輕微拉延的過程,進而產生一個與壓應力平衡的拉應力。


    噴丸受力模型


    以下是典型的噴丸殘余應力分布曲線,即表層存在一定的殘余壓應力,而在次表層存在拉應力與之平衡。噴丸產生的殘余壓應力能夠抑制裂紋的萌生和擴展,從而提高工件的疲勞壽命。



    典型噴丸殘余應力分布


    下圖為噴丸前后H13鋼熱疲勞性能對比,由圖可見經噴丸處理試樣的疲勞裂紋明顯更加細小。


    噴丸前后熱疲勞性能對比


    2、組織強化機制:噴丸能夠使工件表面產生塑性變形,提高工件表面的位錯密度,產生加工硬化,還可以誘發奧氏體轉變為馬氏體。當噴丸達到一定程度時,可以使工件表面的晶粒細化,產生細晶強化,表層細化的晶粒能夠提高裂紋萌生的門檻值,而亞表層粗大的晶粒能夠抑制裂紋擴展。對于高溫服役的工件,殘余應力通常會釋放,導致應力強化機制減弱,此時,組織強化機制是提高材料抗疲勞性能的重要因素。


    噴丸的實際應用 


    對比曲軸熱鍛模未噴丸(左)和噴丸后(右)在服役8000模次后的表面形貌??梢娢磭娡璧哪>叱霈F了嚴重的磨損和變形,而噴丸后的模具僅在一些邊緣的部位出現輕微的磨損,損壞程度遠小于未噴丸的模具。

    未噴丸(左)和噴丸后(右)

    曲軸熱鍛模8000模次后的形貌


    目前,我司開發的噴丸處理工藝已經廣泛應用于壓鑄模具上,能夠明顯提高抗熱疲勞性能。同時,通過和氧氮化進行復合處理,在提高抗熱疲勞性能的同時,還可提高抗熔損性能,進而顯著提高模具壽命。



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