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【摘要】对强力喷丸后的表面性能进行试验研究的结果表明，强力喷丸后表面硬度显著提高，残余奥氏体量大大减小；残余应力为高的压应力状态，但粗糙度稍有增加，局部存在显微裂纹。研究分析了这些性能在滚动滑动过程中的动态变化和其对疲劳强度的影响。本文由 抛丸机 厂家整理
主题词：喷丸强化表面硬化

1、前言
随着汽车性能和输出功率的不断提高，对传动系统变速器齿轮及后桥减速器齿轮等零部件的疲劳强度和可靠性的要求也越来越高。因内外许多汽车公司和厂家，对重要传动齿轮等零部件都采用渗碳和强力喷丸复合强化方法“。强力喷丸能使渗碳零部件的表面性能发生变化，从而影响该零部件的寿命。为此，我们对强力喷丸所引起的渗碳零部件表面性能变化进行了全面系统的试验研究，并模拟齿轮齿面服役条件，研究了喷丸表面性能的动态变化，分析了这些变化对渗碳零部件疲劳寿命的影响。
二、试验条件及内容
1．试件材料及处理
试件采用国内汽车齿轮普遍使用的20CrMnTi渗碳钢(化学成分为：0．21C，1．OOMn，0．26Si，0．02P，0．017S，1．1OCr，0．08Ti)，将其加工成环状(外圆~56mm，内圆~30mm，厚20mm)试样，与(930"C渗碳，850~C淬油，190℃回火)。
2．强力喷丸工艺
在HC*34型强力喷丸机上，采用夺O．8mm、硬度48~55HRC、流量1000N／min的钢丸喷射。喷丸强度*O．56mm，覆盖率>100％。
3．试验内容
在洛氏硬度计上测定表面硬度；在D／mttxIAB型X射线衍射仪上测定残余奥氏体量；在MSF*2M型X射线应力仪上测定残余应力；在Suftesf*4型表面粗糙度测定仪上测定粗糙度；在TSM*1型扫描电镜上观察表面形貌。
三、试验结果及分析
1．强力喷丸前后表面性能
强力喷丸前后试件表面性能见表1，试件表面微观形貌见图1。
由表1知，强力喷丸后试件表面受到形变强化，硬度明显提高；Ar量减少57．23%；残余应力由拉应力状态变为高的压应力状态；但表面粗糙度增加2．41%，局部区域存在*些由丸粒坑连接而成的浅短显微裂纹
表1强力喷丸前后试件表面性能

2．滚动滑动过程中表面性能的动态变化
强力喷丸后表面性能在滚动滑动(相对滑动比为*5，接触应力=3500MPa).强力喷丸试件经3周次、30周次、10。周次、10周次滚动后，表面残余压应力不发生衰减并稍有增加，此试验结果与喷丸试件受弯曲循环应力过程中的变化完全不同；强力喷丸所形成的粗糙度，则随滚动周次的增加而减小。

四、分析与讨论
1．强力喷丸引起的表面形变强化对疲劳性能的影响
试验表明，强力喷丸后试件表面残余奥氏体量大大减少，硬度明显提高，发生了显著的表面形变强化。由于渗碳处理时间长、温度高、工艺过程复杂，所以难免在零部件表面形成缺陷，从而影响零部件的疲劳寿命。。强力喷丸引起的表面形变强化，可有效地改善和消除渗碳零部件表面的种种缺陷，从而使其疲劳寿命增加，可靠性增大。
2．强力喷丸引起的表面残余压应力对疲劳性能的影响
由上述试验可以看到，强力喷，丸后试件表面应力由拉应力状态转变为很高的压应力状态，并且强力喷丸所引起的高残余压应力在滚动滑动过程中不发生衰减。不衰减的高的表面残余压应力可使渗碳零部件的接触疲劳裂纹萌生和扩展方式发生变化，从而使接触疲劳强度提高，并且还可使渗碳件弯曲疲劳强度和多冲抗力明显提高，疲劳缺口敏感性降低。
3．强力喷丸引起的表面粗化对性能的影响
由试验结果知，强力喷丸后试件表面粗糙度稍有增加。高的粗糙度会使零部件的耐磨性能降低，抗腐蚀能力变差，并使机件振动和噪音增大，疲劳强度降低。但本试验发现，虽然强力喷丸使零部件表面发生粗化，但其表面粗糙度仍与喷丸前同属*个*别，并且兄值离散性很小；而喷丸前零部件的兄值离散性很大，有的局部高达e'o*0．92／Lm。在随后的服役滚动滑动过程中，强力喷丸所引入的表面粗化发生变化，兄逐渐减小。强力喷丸使零部件表面粗糙度变化不大的原因与渗碳零部件表面本身具有*定高的硬度有关。虽然强力喷丸引起的表面粗化对零部件性能影响不大，但对要求严格的零部件，仍应注意在喷丸后增加精磨工序

4．强力喷丸引起的表面显微裂纹对疲劳性能的影响
在扫描电镜下可发现，强力喷丸试件表面局部区域存在显微裂纹。这种显微裂纹是由于尖锐的破碎钢丸高速抛到具有较高缺口敏感性的渗碳表面，使丸粒坑底产生微裂纹，并相互连通而形成的。由于表面高的残余压应力处在同*区域，而残余压应力又形成裂纹的闭合力。，所以通常此类显微裂纹为非扩展裂纹。但当零部件所承受负荷高于此闭合力时，强力喷丸所引入的表面显微裂纹会成为扩展裂纹，并使零件疲劳寿命下降。本文由 抛丸机 厂家整理
五、结论
(1)强力喷丸后渗碳零部件表面硬度明显提高，残余奥氏体量大大减少，表面为高的残余压应力状态，但表面粗糙度稍有增加，局部区域存在显微裂纹。