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        陶瓷噴丸強化工藝在鋼架構件上的應用

        來源:|作者:金瑞 |發布時間: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生和擴展,改善產品性能,提高抗疲損壽命有較大貢獻。另外,陶瓷丸成分為高質量的氧化鋯和二氧化硅,性能好,無害,對零件表面以及環境不會造成任何污染;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生和擴展,改善產品性能,提高抗疲損壽命有較大貢獻。另外,陶瓷丸成分為高質量的氧化鋯和二氧化硅,性能好,無害,對零件表面以及環境不會造成任何污染;硬度高,彈丸磨損小,且磨損后的彈丸表面光滑等。


        評價噴丸強化工藝的指標是多方面的例如噴丸實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產品終的性能。本文主要關注鑄鋼丸、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而確定其工藝的先進性。3種工藝試驗項目如表3所示。殘余應力是指沒有外力或其他外部因素時,存在于機械零件內部且處于平衡狀態的應力,金屬零件經過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,都能產生分布各異的殘余應力。殘余應力顯著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,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工藝方法提高產品壽命的行之有效的措施之一。


        2.2.1 噴丸要求

        噴丸工藝實施前首先噴打模擬件,噴丸模擬件如圖3(a)(b)所示。通過模擬噴丸檢查試片的弧高值、覆蓋率(首批零件噴丸時應繪制飽和曲線)噴丸后檢查零件表面狀態、覆蓋率,并再次進行模擬噴丸,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行噴丸的質量。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種工藝對應力場的影響

        圖4是3種不同工藝下經過多次試驗獲取的對殘余應力場影響的曲線圖,由圖示可知噴丸強化后,表面

        噴丸介質陶瓷噴丸

        均為殘余壓應力分布,由于鑄鋼彈丸密度較大,噴丸過程中,彈丸的沖擊力較多轉變為材料內部的彈性力而儲存起來,形成了較大的表面殘余壓應力。試驗過程通過XStress3000應力儀對高強鋼在不同噴丸參數下噴丸產生的殘余應力場進行測量。噴丸產生的殘余應力場為壓應力場,并且存在以下4個特征參數: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,特征參數列于表4中。噴丸產生的殘余應力場中,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,并且殘余壓應力場具有一定的梯度關系,在一定厚度處由壓應力轉變為拉應力.


        由表4測得的不同噴丸工藝殘余應力場特征參數可以看出,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厚度相當,均約為300pm。


        4、束語

        陶瓷噴丸工藝的工程化應用是在某課題研究基礎之上,通過大量的工藝驗證,通過研究以及試驗件的試加工鑒定,從而實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,為研制長壽命起落架增添有效的工藝技術;其次,該工藝在國外已有幾十年的成熟應用,但其核心技術嚴禁封鎖,此工藝的工程化應用將大大縮小在表面強化工藝行業與國外的差距;后,因陶瓷丸硬度高、性能好,對零件及環境污染小,適合綠色項目要求,也是先進制造工藝項綠色方面發展的典型之一。


        但同時由于陶瓷彈丸是一種新型彈丸,國內有關的研究報道及應用情況較少,與鑄鋼彈丸相比,其密度小、噴丸過程中使用的噴丸強度也相對較小,對材料表面質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進行噴丸強化。因此,研究陶瓷彈丸對螺紋進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。


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