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拋丸強化的機理及應用

文章出處:www.onenonly.com.cn人氣:1353發表時間:2017-12-11

    有人認為:拋丸強化技術昂貴、難以控製,不適宜在大量生產中使用,隻能用於要求高的飛機構件。多年來利用拋丸強化提高了飛機構件疲勞壽命的事實,證明上述觀點是不正確的。如果在鑄造車間用拋丸設備清理鑄件時,是否也使鑄件受到一定程度的拋丸強化呢?

  一、拋丸強化機理:

  拋丸強化是用高速度拋射的彈丸打擊零件的表麵,並在零件的表麵留下無數小凹坑。彈丸必須和零件一樣硬或更硬一些,否則彈丸要變形。凹坑下表層處於受壓狀態(圖1左);當拋射的彈丸足夠多時,零件表麵全部被凹坑覆蓋,使整個表層處於受壓狀態(圖1右)。

圖1拋丸強化零件表層狀態

    一般的零件在使用過程中,通常受到一個使之裂開的拉應力作用。然而,拋丸強化過的零件表麵及下層是受壓狀態,這種狀態有使零件聚集在一起的趨勢。所以,當一個負荷施加在拋丸強化零件上時,首先要克服這個壓應力後才能在表麵顯示出拉應力,直至表麵出現斷裂。可見該受壓層是很重要的。拋丸強化零件在屈服點或低於屈服點時,反複承受疲勞型載荷所顯示的能力是驚人的。但因受壓層相當地薄,一般小於0,03英寸,在檢測零件的強度極限時,通常沒注意它的影響。

二、拋丸強化設備:

   經拋丸機清理的鑄件也受到拋丸強化的作用。拋丸清理和拋丸強化兩者間真正的區別,隻是目的和控製不同。拋丸清理的目的是清除型砂和提高表麵質量;拋丸強化既要達到上述目的,還要控製表麵的壓應力層。所以,同一台拋丸機既能用作拋丸清理,也能用作拋丸強化。拋丸強化的設備是相當簡單的。

    1.所用拋丸機可以采用清理鑄件用的滾筒式、台式或其它型式的拋丸機。它們的主要區別在於利用彈丸流均勻、反複拋射零件表而的方法不同。在拋丸滾筒內,鑄件作不規則的反複運動,從而使其整個表麵受到拋射;其它拋丸設備能把彈丸集中拋到鑄件一定的範圍內。

    2。用阿爾曼帶板、模座、測量儀測r,_壓應力。阿爾曼帶板是淬硬(RC44-r50)的薄鋼片,用四個螺釘水平固定在滲碳的方形阿爾曼模座上〔圖2)。

圖2阿爾受帶板與棋座的固足

    阿爾曼帶板的表麵經過拋丸強化後,將其從模座上取下來。由於壓應力的作用,阿爾曼帶板產生了彎曲,並用圖3所示的阿爾曼規測量帶板彎曲值(即弧高),此值一般在千分之幾英寸。

圖3用阿爾受規洲盆帶板彎曲值

圖3用阿爾受規洲盆帶板彎曲值

    根據壓應力的大小,可用圖4所示N,A, C三種級別的阿爾曼帶板來測量壓應力強度QC級屬最厚,通常用在鑄鋼鑄鐵件。8C表東C級阿爾曼帶板,經拋丸強化後彎曲。.008英寸。為了獲得最佳效果,通常把阿爾曼模座和帶板直接安裝在要強化零件的臨界麵上。

甲4阿爾受帶板

    3.強化零件用的彈丸,必須和零件一樣硬或更硬一些。對於大多數鑄鐵件,用RC45~55的標準鋼丸即可。彈丸有不同規格,如S 330和S 390,則分別表示彈丸的直徑為0,033英寸和0,039英寸。像拋丸清理一樣,拋丸強化用的彈丸尺寸必須很小,以便使彈丸能擴散到零件的所有部位。強化的強度與彈丸尺寸成比例,愈大的彈丸動能也愈大,因而壓應力也愈高。但用較大的彈丸來使零件表麵得到充分強化,所需時間也較一長。·大多數鑄造廠常用5330和S390規格的彈丸。

三、拋丸強化拉製:

    強度和覆蓋率是拋丸強化中的兩個重要參數。在某種程度上,強化強度比覆蓋率要更重要。因為它反應了壓應力的大小,並且又是彈丸速度、尺寸和強化時間的函數。強化強度用阿爾曼規測量,以弧高來度量。為了控製強化強度,拋丸機需要良好的保養,以使彈丸能以相同的速度和拋射帶進行拋射。彈丸的尺寸要始終保持穩定,對於磨損和破碎彈丸用高效分離器去除。

    覆蓋率用來度量強化表麵的麵積,零件表麵隻有全部被強化才有效。全覆蓋率也稱飽和度,可用阿爾曼帶板測量。當長時間地強化一個零件時,強度增加到一定值後,再延長強化時間,強度也不再增加了。全覆蓋率所指的時間點r即當用該點兩倍時問來強化零件時,弧高隻增加10%或小於10%(見圖5)。

圖5全覆蓋率所指時間點 

    用控製強化時間來達到全援蓋率。在拋丸滾筒中還要保持一定的裝料量,但裝料越多達到全搜蓋率需要的時間也越長。

    四、拋丸強化實例:

    美國汽車工程師協會對球墨鑄鐵轉向節鑄件,用不同的時間進行拋丸強化後,作疲勞試驗。鑄件在14英寸9的拋丸滾筒內強化,彈丸為3330,裝料量保持標定值。為了測量弧高,每批料中有一個轉向節鑄件上,安裝五個阿爾曼模座(見圖6)。

圖6安裝阿爾受模座的轉向節件

    通過增加循環時間來測量強化的飽和度。每次循環後,卸下阿爾曼帶板,並測量弧高。然後換上新的阿爾曼帶板,進行下次循環。試驗結果見圖7。

圖7循環時間與飽和度關係

 

圖7循環時間與飽和度關係

    結果表明,在6.5分鍾時,接近飽和度。在同樣的條件下,鑄件經。、6、16分鍾強化後,再作疲勞試驗。測試結果如下表所示。 

   強化到飽和度,疲勞壽命提高55100;強化超過飽和度直X16分鍾,使鑄件的循環壽命提高721%。甚至一個有缺陷的12號試件疲勞壽命也提高了180%。

五、結論:

   拋丸強化是一種提高鑄件疲勞壽命的重要方法,且簡便易行。拋丸強化對欲強化零件及所用設備要求如下:

    1、確定裝料量。

    2、畫出弧高與相對強化時間關係曲線,確定飽和度。

    3、確定強化循環時問或基本飽和時間(飽和時間的100%、150%、200%等)。

    4、保養拋丸設備,算定彈丸尺寸。

    5、定期檢查已確定強化循環的阿爾曼帶板弧篙,以算定強化強度。

    鑄件應打磨和熱處理後再強化。如果零件強化後打磨,壓應力層就會被磨掉。同理,強化隻對不進行機械加工的零件才是有效的。強化後熱處理,也會破壞壓應力層。