第18次课喷丸第18次课喷丸.pptx

喷丸强化技术,2019年6月29日,第5单元,一、喷丸表面强化及机理研究,实验材料20Cr2Ni4A钢，实验设备气动式喷丸机试样加工成10mm×10mm×20mm长条状方块，喷丸工艺参数如下表所示，并在喷丸后采用弧高法对喷丸强度进行了测试气动喷丸机,10mm,（一）表面强化工艺优化设计,喷丸工艺参数优化设计——考察工艺参数对试验样品表层应力、粗糙度的影响，优化工艺参数一）表面强化工艺优化设计,,,本文采用Johnson-Cook本构关系,结合Abaqus有限元分析计算软件，建立喷丸强化过程的动力学碰撞模型——考察不同工艺参数下的应力场一）表面强化工艺优化设计,,XRD结果显示，经过喷丸强化奥氏体相消失，衍射峰明显宽化结合残余奥氏体测试结果，奥氏体相含量由喷丸前50%降到喷丸后的5%以下金相照片可见，强化后白色奥氏体组织明减少，马氏体组织明显细化喷丸前,喷丸后,喷丸前,喷丸后,（二）表面强化机理分析,,,经过喷丸强化后试样的残余应力深度约为600μm，表面残余应力值为-740MPa，最大残余应力深度出现在深60μm处，最大残余应力值为-1148MPa喷丸强化产生的残余压应力增大可以阻碍表面裂纹的萌生和发展，有效地提高20Cr2Ni4A钢接触疲劳寿命。

喷丸前后表面硬度没有发生明显变化随着材料硬度、强度提高，表面形变强化工艺对硬度值的改变影响越来越小通过硬度的变化曲线，可见渗碳层深度在1.5~2.0mm二）表面强化机理分析,,喷丸前试样组织为清晰的条状马氏体喷丸后条状马氏体边界已经模糊不清，并且在马氏体内部和边界处形成大量的位错喷丸后的样品在60000倍下的形貌可见在材料的界面处出现明显滑移带喷丸后由于试样表面位错密度增加，试样表面硬度、强度也增高二）表面强化机理分析,20Cr2Ni4A钢渗碳层的接触疲劳寿命及Weibull分布,,,（二）表面强化机理分析,20Cr2Ni4A钢接触疲劳寿命Weibull分布,,,喷丸前 b=3.8956 特征寿命Na=1.3171×107 喷丸后 b=2.9172 特征寿命Na=1.8235×107,20Cr2Ni4A钢渗碳层失效形貌,（二）表面强化机理分析,二、表面预处理与表面强化复合技术在 装备零件保养过程中的典型应用,超声清洗,射流清洗,喷丸强化,工艺指导规范,针对废旧装备齿轮零件制定了表面预处理与表面强化工艺指导规范，并按照规范对废旧的装甲车辆变速箱行星齿轮进行表面预处理与表面强化复合处理。

一）典型应用,经表面预处理与表面强化复合技术处理后的变速箱行星齿轮表面压应力达到-568MPa，处理后的齿面粗糙度Ra小于0.5μm七四一零工厂采用表面预处理与表面强化复合技术05步战车、05突击车的大修齿轮进行处理，经过8小时台架试验考核未发生失效一）典型应用,七、研究成果科技进步点,基于装备齿轮表面油污和垢物层特点，开发出适用于装备零件中期维修保养的预处理工艺，清洗预处理后零件表面质量优异，满足使用要求针对零件表面油污情况较重，且成分相对复杂，无法直接对零件进行磨料射流清洗，开发出高温水射流粗洗，超声波清洗，热鼓风烘干复合油污去除技术针对零件表面的难于去除的锈蚀、氧化层等垢层，采用磨料射流技术处理后零件表面能够达到Sa2.5级的清洗等级基于装备齿轮的疲劳失效特点，开发出适用于齿轮零件疲劳性能回复与提升的表面强化技术，强化后零件性能指标优异，满足使用要求系统研究了喷丸强化对渗碳齿轮的组织性能、力学性能、残余应力的影响，揭示了齿面组织强化、应力强化的机理喷丸强化后齿轮的残余应力深度约为600μm，表面残余应力值为-740MPa，最大残余应力深度出现在深60μm处，最大残余应力值为-1148MPa；表面的残余奥氏体值大幅度下降，奥氏体含量由原来的40%下降至5.0%；表面粗糙度由原来Ra=0.833μm下降至Ra=0.448μm；最大显微硬度大于HV800。

考察制造齿轮基体材料20Cr2Ni4A渗碳钢，喷丸前后渗碳钢抗接触疲劳性能大幅提高通过优化设计工艺路径与工艺参数，成功实现了装甲装备传动齿轮表面预处理与表面强化复合处理，为装备齿轮零件的中期维护保养提供了技术手段针对坦克发动机齿轮的失效特点，规划设计了表面预处理与表面强化的工艺路径与工艺参数，并结合超声波除油技术，实现了对坦克装甲车辆传动齿轮的快速清洗，并对制定了齿轮零件的表面预处理和表面强化复合技术工艺规范清洗、强化一组坦克装甲车辆变速箱齿轮的成本仅为新品的1/10左右，装甲装备变速箱大修中的推广应用将取得重大的军事和经济效益表面预处理与表面强化复合处理技术操作灵活，控制简单，可以在未来我军各类疲劳类零部件维修保养中广泛推广讲授完毕！谢谢！,。