喷丸硬化处理和应用

喷丸硬化：

金属的硬化加工，是通过工具（比如锤子）用力敲击金属表面，使其变得坚硬的一道工序，但是现实加工过程中，由于通过锤子等工具，敲击金属表面的加工方式，效率低，而且均匀性不好控制等问题，我们采取通过喷丸来实现大规模、高效率、均匀性，持续性的敲击，来实现金属快速硬化，这就是喷丸硬化处理。

喷丸硬化的原理：

喷丸硬化前，我们可以通过对金属部件的表面金属层进行金相分析，这里我们选择一个渗碳淬火部件（图1）可发现，在金属表面是残留部分奥氏体的，大概在15%-20%之间，喷丸硬化作业后，我们再对金属表面进行金相分析，发现奥氏体基本消失，而表面基本都是马氏体（其实是奥氏体转变为马氏体），而此时金属表面已经实现了硬化，那么我们可以理解为，喷丸硬化是通过喷丸轰击，产生表面残余压应力，同时将金属表面残留奥氏体转为马氏体而实现硬化目的的；

喷丸处理后，金属表面因为冲击力大于屈服应力，发生塑性形变，产生了压应力残留，同时金属表面奥氏体转变为马氏体，会使其发生膨胀，残余压应力和金属相变导致的膨胀相互挤压约束，使金属表面再次面对外部冲击时，不易发生蠕动和变形（当外部冲击力打击金属表面时，残留压应力，和马氏体膨胀应力，同时抵抗冲击），这技术喷丸硬化的主要原理。

影响喷丸硬化的工艺因数：

1.喷丸的冲击力，我们知道喷丸过程中FT=MV的关系，金属喷丸硬化中，所需要的并不是能量的大小，而是要强大的冲击力，当弹丸冲击金属表面时，它的动能是固定的（MV固定），为了获取足够大的冲击力F，那么我们必须缩短弹丸冲击到金属表面到停止做工的时间T，如何缩短时间，其一，固定工件，不要让工件在喷丸冲击过程中发生后推，而延长做工时间，其二，要增加弹丸强度（我们使用钢丸），使其在冲击金属表面时，不要发生钝化形变，从而使做工时间变长，冲击力分散面过大，而降低单位面积冲击力；

2.钢丸直径大小与喷丸硬化效果，我们已经知晓金属表面单位面积承受冲击力越大，则喷丸硬化效果越好，FT=MV根据以下公式计算，可以判定r1大匙喷丸硬化效果好，但是考虑到喷丸钢丸直径不能太大，太大动力带不动，所以我们需要根据实际情况选定合适钢丸大小；

3.喷丸硬化中，钢丸动力来源的选择，根据喷丸硬化原理，能够实对金属表面硬化的弹丸都是垂直冲击金属表面的，而通过压缩空气做动力的喷丸机，是最好的喷丸硬化选择设备，应为它喷射的钢丸，基本都是垂直轰击，但是压缩空气作为动力能量转化率低，持续保持高强度喷丸硬化，可能不够经济，所以有时候，在对动力要求高，能量转化高的持续喷丸硬化作业，我们选择抛丸器作为动力来源，具体动力选择根据实际需要；

4.钢丸的参数对喷丸硬化的影响，喷丸硬化中要求钢丸的硬度足够高，可与加工工件硬度相同，或者稍微高于加工工件硬度，防止破碎；

钢丸侵入工件深度5-30微米，防止侵入过深，压应力分散；

形状要求为球形，防止锐边划伤工件；

喷丸硬化加工的注意事项：

喷丸硬化属于冷作硬化加工，适用于工作温度低于250度的金属工件，工作温度高，会使金属膨胀力大于金属表面残余压应力，使其发生蠕动，发生反向塑性形变，残余压应力消退，喷丸硬化效果失效；

由于喷丸硬化后，弹坑周边会发生拉伸，所以喷丸硬化加工不适合适用于单纯成熟拉应力和压应力的工件。

喷丸硬化的应用：

喷丸硬化可用于航空发动机部件强化、航空设备维修，汽车部件的强化等各类喷丸强化使用的场合。

喷丸硬化设备：

喷丸硬化设备，目前在批量不大，强度要求不是特别高，而对喷丸硬化精度要求高的喷丸硬化处理，我们可以选择以压缩空气做动力的数控喷丸机，如果喷丸硬化处理量大，经济性要求高，效率要高，那么我们可以选择以抛丸器为动力的抛丸机。