【工艺知识】喷丸对材料表面有何影响？一文搞懂

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喷丸处理是利用高速喷射出的砂丸和铁丸，对工件表面进行撞击，以提高零件的部分力学性能和改变表面状态的工艺方法。可用于提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐蚀性等，还可用于表面消光、去氧化皮和优化铸、锻、焊件的残余应力等。

喷丸过程就是将大量弹丸喷射到零件表面上的过程，有如无数小锤对表面锤击，因此，金属零件表面产生极为强烈的塑性形变，使零件表面产生一定厚度的冷作硬化层，称为表面强化层，此强化层会显著地提高零件的疲劳强度。

在了解喷丸强化技术之前，我们有必要将抛丸、喷砂、喷丸的三个容易混淆的概念解释一下。

这三个概念其实就四个字：喷、抛、丸、砂。其中，喷抛是工艺方法，丸砂是使用的材料。喷，是用高压空气将丸、砂吹到工件的表面，抛是用高速旋转的叶片抛射到工件表面，丸用的是钢丸，砂用的是石英砂等。

零件喷丸强化后的特点

零件受喷后应力沿深度方向的分布规律用喷丸残余应力分布曲线表示，表面残余压应力大小，压力应力层深度、最大残余压应力及最大残余压应力位置为四个特征量。

其中，对零件的表面强化特性影响较为明显的是表面压应力大小和压应力层的厚度。除受喷材料自身的性能外，表面残余压应力的大小和压应力层的深度主要取决于喷丸强度和表面覆盖率。

通常意义上讲，适当的提高喷丸强度和喷丸覆盖率有助于喷丸强化效果的增加，但是也会引起表面粗糙度的增大。对于喷丸覆盖率而言，覆盖率不足时，表层残余压应力较大，但容易出现应力松弛现象。所以需要结合材料特性和强化需求合理选择喷丸强度和喷丸试件，才能使喷丸工艺发挥最大强化效果。

受喷表层的材料组织发生变化

受喷表面变得粗糙。受喷表面的金属被挤出，形成微小的金属波峰，故而影响了表面粗糙度。随着喷丸强度的增大、表层硬度的降低和喷丸时间的延长，表面粗糙度也会随之增大。

影响喷丸强化的三大要素

测评强化丸质量有三个基本参数：强度、覆盖率、表面粗糙度。

1、喷丸强度

影响喷丸强度的工艺参数主要有：弹丸直径、弹流速度、弹丸流量、喷丸时间等。弹丸直径越大，速度越快，弹丸与工件碰撞的动量越大，喷丸的强度就越大。喷丸形成的残余压应力可以达到零件材料抗拉强度的60%，残余压应力层的深度通常可达0.25mm，最大极限值为1mm左右。喷丸强度需要一定的喷丸时间来保证，经过一定时间，喷丸强度达到饱和后，再延长喷丸时间，强度不再明显增加。在喷丸强度的阿尔门试验中，喷丸强度的表征为试片变形的拱高。

2、喷丸覆盖率

有人对喷丸覆盖率常这样认为：我的喷嘴1上1下喷工件2遍，不就可以满足200%的覆盖率了吗?乍一听觉得有道理，其实不是这样的。

覆盖率的测量是这样的：先在工件表面涂上一层彩釉或萤光釉，然后按工艺参数对工件进行喷丸，每喷表面一遍将工件取出，在显微镜(放大镜)下观察所残留的涂层在表面所占的比例，如还有20%残留，则覆盖率为80%。当残留只有2%，即覆盖率为98%时，可视为全部清除，即覆盖率为100%，此时就有一个时间。若达到400%的覆盖率，就是4倍的该时间。

3、表面粗糙度

由于钢丸的喷射，对工件表面的粗糙度产生一定的变化。影响表面粗糙度的因素有零件材料的强度和硬度、弹丸直径、喷射的角度和速度、零件的原始表面粗糙度。

在其他条件相同的情况下，零件材料的强度和表面硬度值越高，塑性变形越困难，弹坑越浅，表面粗糙度值越小;弹丸的直径越小，速度越慢，弹坑就越浅，表面粗糙度值就变小;喷射的角度大，弹丸速度的法向分量越小，冲击力越小，弹坑越浅，弹丸的切向速度越大，弹丸对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响因素之一，原始表面越粗糙，喷丸后表面粗糙度值降低越小;相反，表面越光滑，喷丸后表面变得粗糙。

当对零件进行高强度的喷丸后，深的弹坑不但加大表面粗糙度值，还会形成较大的应力集中，严重削弱喷丸强化的效果。

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