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噴丸對材料表面有何影響？

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發表于 2023-2-25 13:39:20 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

噴丸處理是利用高速噴射出的砂丸和鐵丸，對工件表面進行撞擊，以提高零件的部分力學性能和改變表面狀態的工藝方法。可用于提高零件機械強度以及耐磨性、抗疲勞和耐蝕性等，還可用于表面消光、去氧化皮和優化鑄、鍛、焊件的殘余應力等。

噴丸過程就是將大量彈丸噴射到零件表面上的過程，有如無數小錘對表面錘擊，因此，金屬零件表面產生極為強烈的塑性形變，使零件表面產生一定厚度的冷作硬化層，稱為表面強化層，此強化層會顯著地提高零件的疲勞強度。

在了解噴丸強化技術之前，我們有必要將拋丸、噴砂、噴丸的三個容易混淆的概念解釋一下。

這三個概念其實就四個字：噴、拋、丸、砂。其中，噴拋是工藝方法，丸砂是使用的材料。噴，是用高壓空氣將丸、砂吹到工件的表面，拋是用高速旋轉的葉片拋射到工件表面，丸用的是鋼丸，砂用的是石英砂等。

零件噴丸強化后的特點

零件受噴后應力沿深度方向的分布規律用噴丸殘余應力分布曲線表示，表面殘余壓應力大小，壓力應力層深度、最大殘余壓應力及最大殘余壓應力位置為四個特征量。

其中，對零件的表面強化特性影響較為明顯的是表面壓應力大小和壓應力層的厚度。除受噴材料自身的性能外，表面殘余壓應力的大小和壓應力層的深度主要取決于噴丸強度和表面覆蓋率。

通常意義上講，適當的提高噴丸強度和噴丸覆蓋率有助于噴丸強化效果的增加，但是也會引起表面粗糙度的增大。對于噴丸覆蓋率而言，覆蓋率不足時，表層殘余壓應力較大，但容易出現應力松弛現象。所以需要結合材料特性和強化需求合理選擇噴丸強度和噴丸試件，才能使噴丸工藝發揮最大強化效果。

受噴表層的材料組織發生變化

受噴表面變得粗糙。受噴表面的金屬被擠出，形成微小的金屬波峰，故而影響了表面粗糙度。隨著噴丸強度的增大、表層硬度的降低和噴丸時間的延長，表面粗糙度也會隨之增大。

影響噴丸強化的三大要素

測評強化丸質量有三個基本參數：強度、覆蓋率、表面粗糙度。

1、噴丸強度

影響噴丸強度的工藝參數主要有：彈丸直徑、彈流速度、彈丸流量、噴丸時間等。彈丸直徑越大，速度越快，彈丸與工件碰撞的動量越大，噴丸的強度就越大。噴丸形成的殘余壓應力可以達到零件材料抗拉強度的60%，殘余壓應力層的深度通常可達0.25mm，最大極限值為1mm左右。噴丸強度需要一定的噴丸時間來保證，經過一定時間，噴丸強度達到飽和后，再延長噴丸時間，強度不再明顯增加。在噴丸強度的阿爾門試驗中，噴丸強度的表征為試片變形的拱高。

2、噴丸覆蓋率

有人對噴丸覆蓋率常這樣認為：我的噴嘴1上1下噴工件2遍，不就可以滿足200%的覆蓋率了嗎?乍一聽覺得有道理，其實不是這樣的。

覆蓋率的測量是這樣的：先在工件表面涂上一層彩釉或螢光釉，然后按工藝參數對工件進行噴丸，每噴表面一遍將工件取出，在顯微鏡(放大鏡)下觀察所殘留的涂層在表面所占的比例，如還有20%殘留，則覆蓋率為80%。當殘留只有2%，即覆蓋率為98%時，可視為全部清除，即覆蓋率為100%，此時就有一個時間。若達到400%的覆蓋率，就是4倍的該時間。

3、表面粗糙度

由于鋼丸的噴射，對工件表面的粗糙度產生一定的變化。影響表面粗糙度的因素有零件材料的強度和硬度、彈丸直徑、噴射的角度和速度、零件的原始表面粗糙度。

在其他條件相同的情況下，零件材料的強度和表面硬度值越高，塑性變形越困難，彈坑越淺，表面粗糙度值越小;彈丸的直徑越小，速度越慢，彈坑就越淺，表面粗糙度值就變小;噴射的角度大，彈丸速度的法向分量越小，沖擊力越小，彈坑越淺，彈丸的切向速度越大，彈丸對表面的研磨作用就越大，表面粗糙度值就越小;零件的原始表面粗糙度也是影響因素之一，原始表面越粗糙，噴丸后表面粗糙度值降低越小;相反，表面越光滑，噴丸后表面變得粗糙。

當對零件進行高強度的噴丸后，深的彈坑不但加大表面粗糙度值，還會形成較大的應力集中，嚴重削弱噴丸強化的效果。