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不同材料零件的喷丸强化

不同材料零件的喷丸强化 2011年12月03日 来源： 高强度钢由抛丸/喷丸强化引入的残余压应力是最终拉应力强度的一个百分比，该比率随着零件材料本身强度/硬度增加而增加。高强度/硬度的金属更脆，且对表面缺陷更敏感。对其进行抛丸/喷丸强化，能让这些高强度金属可以应用在易发生疲劳的工作条件下。飞机起落架通常设计的疲劳强度为300 ksi (2068 MPa)，结合抛丸/喷丸强化。没经过抛丸/喷丸强化的，机加工后的钢制零件在硬度为30 HRC.左右能取得最佳的疲劳属性。如材料强度/硬度超过这个水平，其疲劳强度会由于对表面缺口的敏感性和脆性增加而降低。通过导入的压应力，疲劳强度与增加的强度/硬度成比率提高。当材料硬度为52 HRC，强化后的疲劳强度可达144 ksi (993 MPa)，比未经过强化的同样材料抗疲劳强度增加了2倍多。利用抛丸/喷丸强化改善高强度/硬度零件的典型应用包括对扳手和冲击工具等。此外，表面的浅刮痕对于经过抛丸/喷丸强化的高强度钢的疲劳强度影响不大，而对于未经强化的则破坏性很大。渗碳钢渗碳和渗氮都是热处理过程，能让钢表面具有非常高的硬度。通常在55~62 HRC。渗碳钢强化的好处在于：·在~200 ksi (1379 MPa)或更高的高应力水平下，能提供卓越的疲劳属性·减少表面晶格间因氧化而造成渗碳异常情况对于完全渗碳和渗氮处理过的零件，要取得最佳的抗疲劳属性，建议使用硬度为55-62 HRC的丸料。脱碳钢脱碳是在热处理过程，铁合金表面碳含量减少。脱碳会降低高强度钢(240 ksi, 1650 MPa 或以上)的疲劳强度70-80%；能降低低强度钢(2140-150 ksi, 965-1030 MPa)的疲劳强度45-55%。脱碳对于疲劳属性的破坏力与脱碳层深度并无特别的关系。脱碳层在0.003英寸深度，其破坏力与0.030英寸深度是一样的。强化工艺被证实为一种有效的方法，能恢复大部分由于脱碳过程损失的疲劳强度。因为多数零件的脱碳层不容易确定，所以当怀疑零件有脱碳情况时，建议对其进行强化处理以确保零件完好的抗疲劳属性。如果一个高硬度(58+ HRC)齿轮在强化后，表面呈现异常的严重凹陷，这可能被怀疑有脱碳存在。脱碳还经常伴有残余奥氏体的不良冶金状态。通过冷加工的抛丸/喷丸强化，能减少残余奥氏体百分比。奥贝球铁改善过的奥贝球铁在一些工程领域，能替代铸钢、铸件、焊接件。它具有优良强重比和耐磨性。奥贝球铁在某些高强度应用条件下，也能取代铝，它的密度是铝的2.5倍，而强度则是铝的3倍以上。通过抛丸/喷丸强化，该材料的弯曲疲劳强度还能提高75%。某些等级的奥贝球铁经强化后，能媲比用于齿轮制造的渗碳钢。铸铁近年来，球墨铸铁件的需求逐年增加，因为它具有相对较高的抗疲劳载荷性能。球墨铸铁件通常是没经过机加工，用于需承受载荷应力工作状况下。铸件表面存在的缺陷，如气孔、浮渣、片状石墨等都会相当程度地减低未经机加工的珠光体球铁疲劳属性。根据铸铁件表面的缺陷状况，零件疲劳极限严重的，会降低40%之多。抛丸/喷丸强化能改善表面存在小缺陷的铸铁件之疲劳属性。比如，柴油机缸体内衬护板件。在试验中使用了最大的强化强度，疲劳极限低于完全机加工过的零件样本疲劳极限6%左右。如果没有经过强化，疲劳极限低于完全机加工过的零件样本疲劳极限20%。此外，从外观看，经过强化的铸铁件表面呈现抛光效果，光泽、光滑。铝合金传统的高强度铝合金（2000系列和7000系列）由于其具有高强重比，早已普遍应用在航空领域。以下一些铝合金材料在航空/航天制造业方面的应用也逐渐增加，抛丸/喷丸强化工艺对其也具有很好的效果：·铝锂合金 (Al-Li)·等向性金属基复合材料(MMC)·铸铝 (Al-Si)钛高周疲劳(HCF) –钛高周疲劳，比较了高性能欧洲赛车上所用的钛合金连杆之疲劳属性。通过抛丸/喷丸强化，钛合金连杆比钢制连杆，重量减轻了40%而疲劳极限则增加了20%。肽材料低周疲劳(LCF)最常见的应用是对于旋转涡轮发动机零件（如涡轮盘、转子、轴），这些零件在抛丸/喷丸强化后能提高耐用性。每一次的起飞和降落视为一个循环次数。低周疲劳(LCF) – 高周疲劳断裂失效与低应力水平相关，低周疲劳断裂失效与高应力水平相关。对一个旋转发动机零件上的燕尾槽进行抛丸/喷丸强化后的结果。有2条未经强化的基准载荷曲线。使用了抛丸/喷丸强化后，循环疲劳曲线明显改善。镁镁合金通常不需要进行抗疲劳处理。但如果考虑到降低重量，改善零件强-重比的时，利用抛丸/喷丸强化能提高零件25-35%的疲劳强度。粉末冶金合理的强化能延长合金烧结钢耐疲劳极限22%。汽车零件如齿轮、连杆是粉末冶金材质进行强化的典型应用，特别对于高密度的粉末冶金锻造件，强化以提高疲劳属性非常有效。通过抛丸/喷丸强化，使表面致密化，能极大地提高疲劳极限度，特别适用于长期处于弯曲疲劳服役条件下的零件。(end)

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