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陶瓷噴丸強化工藝在鋼架構件上的應用

來(lái)源:|作者:金瑞 |發(fā)布時(shí)間:2022-03-07 |次瀏覽
陶瓷噴丸,也就是氧化鋯陶瓷砂?,可以獲得高的大殘余壓應力值,對于強度鋼零件表面微裂紋的產(chǎn)生和擴展,改善產(chǎn)品性能,提高抗疲損壽命有較大貢獻。另外,陶瓷丸成分為高質(zhì)量的氧化鋯和二氧化硅,性能好,無(wú)害,對零件表面以及環(huán)境不會(huì )造成任何污染;硬度高,彈丸磨損小,且磨損后的彈丸表面光滑等。

陶瓷噴丸,也就是氧化鋯陶瓷砂,可以獲得高的大殘余壓應力值,對于強度鋼零件表面微裂紋的產(chǎn)生和擴展,改善產(chǎn)品性能,提高抗疲損壽命有較大貢獻。另外,陶瓷丸成分為高質(zhì)量的氧化鋯和二氧化硅,性能好,無(wú)害,對零件表面以及環(huán)境不會(huì )造成任何污染;硬度高,彈丸磨損小,且磨損后的彈丸表面光滑等。


評價(jià)噴丸強化工藝的指標是多方面的例如噴丸實(shí)施前后表面粗糙度表面污染、殘余應力值等,這些因素或多或少影響著(zhù)產(chǎn)品終的性能。本文主要關(guān)注鑄鋼丸、陶瓷丸及兩者復合噴丸3種工藝下形成的表面殘余應力的變化進(jìn)而確定其工藝的先進(jìn)性。3種工藝試驗項目如表3所示。殘余應力是指沒(méi)有外力或其他外部因素時(shí),存在于機械零件內部且處于平衡狀態(tài)的應力,金屬零件經(jīng)過(guò)各種冷熱加工例如鑄造、鍛造、焊接、熱軋、冷拉和切削加工、熱處理等,都能產(chǎn)生分布各異的殘余應力。殘余應力顯著(zhù)影響機械零件的疲損強度、加工精度和抗腐蝕能力等性能。殘余應力對疲損強度有決定性的意義。零件表面呈殘余壓應力時(shí),能大大提高疲損強度反之表面為拉應力則又明顯降低疲損強度。噴丸強化就是提高表面壓應力通過(guò)工藝方法提高產(chǎn)品壽命的行之有效的措施之一。


2.2.1 噴丸要求

噴丸工藝實(shí)施前首先噴打模擬件,噴丸模擬件如圖3(a)(b)所示。通過(guò)模擬噴丸檢查試片的弧高值、覆蓋率(首批零件噴丸時(shí)應繪制飽和曲線(xiàn))噴丸后檢查零件表面狀態(tài)、覆蓋率,并再次進(jìn)行模擬噴丸,檢查試片的弧高值及覆蓋率是否變化,從而驗證在兩次模擬噴丸之間對零件進(jìn)行噴丸的質(zhì)量。鑄鋼丸每連續噴丸8h按噴打零件的參數再次噴打Almen試片驗證噴丸指標值;陶瓷丸每連續噴丸4h,按噴打零件的參數再次噴打Almen試片驗證噴丸指標值。


2223種工藝對應力場(chǎng)的影響

圖4是3種不同工藝下經(jīng)過(guò)多次試驗獲取的對殘余應力場(chǎng)影響的曲線(xiàn)圖,由圖示可知噴丸強化后,表面

噴丸介質(zhì)陶瓷噴丸

均為殘余壓應力分布,由于鑄鋼彈丸密度較大,噴丸過(guò)程中,彈丸的沖擊力較多轉變?yōu)椴牧蟽炔康膹椥粤Χ鴥Υ嫫饋?lái),形成了較大的表面殘余壓應力。試驗過(guò)程通過(guò)XStress3000應力儀對高強鋼在不同噴丸參數下噴丸產(chǎn)生的殘余應力場(chǎng)進(jìn)行測量。噴丸產(chǎn)生的殘余應力場(chǎng)為壓應力場(chǎng),并且存在以下4個(gè)特征參數:表面殘余應力盯。大殘余壓應力盯。大殘余壓應力厚度z。和殘余壓應力厚度z。不同噴丸工藝所測得的殘余壓應力場(chǎng),特征參數列于表4中。噴丸產(chǎn)生的殘余應力場(chǎng)中,表面殘余壓應力并不是大值,大殘余壓應力位于距離表面一定厚度處,并且殘余壓應力場(chǎng)具有一定的梯度關(guān)系,在一定厚度處由壓應力轉變?yōu)槔瓚?


由表4測得的不同噴丸工藝殘余應力場(chǎng)特征參數可以看出,二次噴丸工藝具有高的表面殘余壓應力,而陶瓷彈丸噴丸具有高的大殘余壓應力值,3種工藝的殘余壓應力場(chǎng)厚度相當,均約為300pm。


4、束語(yǔ)

陶瓷噴丸工藝的工程化應用是在某課題研究基礎之上,通過(guò)大量的工藝驗證,通過(guò)研究以及試驗件的試加工鑒定,從而實(shí)現具體的工程化應用。該工藝的工程化應用達到了三方面的效果,其一,打破了長(cháng)期使用鑄鋼丸等普通彈丸噴丸強化工藝,有助于提高承力構件疲損強度,為研制長(cháng)壽命起落架增添有效的工藝技術(shù);其次,該工藝在國外已有幾十年的成熟應用,但其核心技術(shù)嚴禁封鎖,此工藝的工程化應用將大大縮小在表面強化工藝行業(yè)與國外的差距;后,因陶瓷丸硬度高、性能好,對零件及環(huán)境污染小,適合綠色項目要求,也是先進(jìn)制造工藝項綠色方面發(fā)展的典型之一。


但同時(shí)由于陶瓷彈丸是一種新型彈丸,國內有關(guān)的研究報道及應用情況較少,與鑄鋼彈丸相比,其密度小、噴丸過(guò)程中使用的噴丸強度也相對較小,對材料表面質(zhì)量及試驗件疲損壽命的影響也有所不同,因此,需對陶瓷彈丸噴丸強化做各方面詳細的研究:

(1)對陶瓷彈丸與鑄鋼彈丸噴丸強化機理性原因做更詳細的研究對比,如噴丸強化對試驗件表面殘余應力、疲損壽命關(guān)系做系統的研究,為設計、噴丸工藝提供指導性資料;

(2)由于陶瓷彈丸尺寸可以做得更小,可以對某些螺紋根部R進(jìn)行噴丸強化。因此,研究陶瓷彈丸對螺紋進(jìn)行噴丸強化與螺紋滾壓強化做對比,將為螺紋強化工藝提供更多選擇方式的可能。

(3)研究鑄鋼彈丸與陶瓷彈丸噴丸強化對試驗件抗應力腐蝕性能的對比,將具有重要的意義。