噴丸強化是借助于硬丸粒,高速、連續錘擊金屬表面,使其產生強烈的冷作硬化。通過噴丸可以明顯改變金屬表面的應力狀態、顯微硬度、表層的微觀形貌和相成分,從而提高模具的疲勞強度、抗沖擊磨損及抗應力腐蝕性能。噴丸還可改變模具的表面粗糙度,并有效地去除電火花加工而產生的表面變質層。
噴丸強化方法簡單易行,節約能源,適用于落料模、冷作模、冷鐓模和熱鍛模等以疲勞失效形式為主的模具,如鍛模服役時,要經受彎曲和熱膨脹,常發生因局部屈服而導致顯微裂紋,噴丸處理產生壓應力能推遲顯微裂紋的形成,從而延遲模具龜裂發生。
噴丸強化原理
噴丸過程就是大量彈丸噴射到零件表面上的過程,而彈丸噴射到零件表面上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在高溫和高濕工作下的疲勞強度。
零件表面形成的強化層之所以會改善其疲勞性能,其原因是在此層內有著完全不同于基體(即零件心部)的應力狀態及組織結構,一般地說零件疲勞強度的提高與表面強化層內以下三個因素有關:
(1)表面層的宏觀殘余應力;(2)表面層的微觀應力;(3)表面層的微細嵌鑲組織。適當的、分布合理的殘余壓應力可能成為提高疲勞強度、提高抗應力腐蝕能力,從而延長零件和構件使用壽命的因素;而不適當的殘余應力則會降低疲勞強度,產生應力腐蝕,失卻尺寸精度,甚至導致變形、開裂等早期失效事故,所以機械零部件和大型機械構件中的殘余應力對其疲勞強度、抗應力腐蝕能力、尺寸穩定性和使用壽命有著十分重要的影響。噴丸可改變了應力分布狀態,使零件表面形成一條很寬的壓應力分布帶,從而可極大地提高疲勞強度和零件的實際承載能力。
噴丸強化是行之有效、應用廣泛的強化模具表面的手段,模具噴丸的強化機理是彈丸流的撞擊形成模具材料塑性變形而導致冷作硬化;第二個因素是彈丸流的撞擊改變了表面殘余應力狀態和分布,使模具材料表層和次表層造成很大的殘余壓應力,而噴丸產生的殘余壓應力又是強化機理中的重要因素。噴丸處理后模具的表面硬度增加,距表面愈近,效果愈明顯,噴丸造成的模具表面硬度增加是由于表層組織形變強化及殘余壓應力值增大的綜合結果。此外,噴丸還能促使模具表層的組織發生轉變,即殘余奧氏體誘發轉變為馬氏體,并且能夠細化馬氏體的亞結構,進一步提高了模具表面硬度和耐磨性,從而延長模具的使用壽命。
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