超聲表面強化
關注創建者：悟空_8399 創建時間：2018-07-23
超聲表面強化的實例教程
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噴丸強化是利用高速彈丸流對金屬材料表面進行沖擊，使其表面及近表面發生塑性變形，出現應變硬化、組織結構和殘余應力的變化，可以改善零件的表面完整性，提高零件在室溫下和疲勞斷裂抗力和應力腐蝕開裂抗力。
本文研究了高強度彈簧鋼50CrVA無缺口板狀試樣經淬火回火后達到1200～1800MPa的抗拉強度時表面處理后的殘余應力，以及各種表面狀態下的疲勞行為。
材料和熱處理
50CrVA主要成分見表1。用長400mm的試樣先在860℃淬火，然后分別在390℃、500℃、615℃進行回火，獲得了抗拉強度為1200MPa、1500MPa、1800MPa的試樣。試樣按表2進行表面處理。
表1 50CrVA主要成分(%)
表2 表面狀態和材料狀態
試驗結果
試樣的加載采用四點彎曲法，最小應力為常數200MPa，最大應力可變。殘余應力的測試采用X射線法，晶格變形可按照Sin2ψ 法計算。為了測量殘余應力分布，使用電解拋光對試樣的表面進行連續剝層。
疲勞試驗前的表面狀態見表3，抗拉強度1500MPa的試樣表面粗糙度，在未噴丸時大約為31μm，而經噴丸處理后升高至63μm，強度為1200MPa的試樣情況與此類似。但1800MPa的高強度水平的試樣噴丸后表面粗糙度卻顯著的降低至37μm。
表3 疲勞試驗前的表面狀態
試樣表面上的殘余壓應力隨著抗拉強度的增加而增加，并且殘余壓應力的最大值和它在表面層下的深度也與此類似。預應力噴丸使試樣表面產生了最大的殘余壓應力，同時預應力噴丸不但使殘余應力的最大值增加，而且使最大值距表面的深度增加。
展開 表面強化處理方法很多,主要有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。采用不同的表面強化處理工藝,可使模具使用壽命提高幾倍甚至于幾十倍,近幾年又出現了一些表面強化工藝,本文著重四個方面介紹,供同行參考。
1.離子滲氮,為了提高模具的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞和防粘附性能,可采用離子滲氮。離子滲氮的突出優點是顯著地縮短了滲氮時間,可通過不同氣體組份調節控制滲層組織,降低了滲氮層的表面脆性,變形小,滲層硬度分布曲線較平穩,不易產生剝落和熱疲勞。可滲的基體材料比氣體滲氮廣,無毒,不會爆炸,生產安全,但對形狀復雜模具,難以獲得均勻的加熱和均勻的滲層,且滲層較淺,過渡層較陡,溫度測定及溫度均勻性仍有待于解決。
離子滲氮溫度以450~520℃為宜,經處理6~9h后,滲氮層深約0.2~0.3mm。溫度過低,滲層太薄;溫度過高,則表層易出現疏松層,降低抗粘模能力。離子滲氮其滲層厚度以0.2~0.3mm為宜。磨損后的離子滲氮模具,經修復和再次離子滲氮后,可投入使用,從而可大大地提高模具的總使用壽命。
2.氮碳共滲,氮碳共滲工藝溫度較低(560~570℃),變形量小,經處理的模具鋼表面硬度高達900~1000HV,耐磨性好,耐蝕性強,有較高的高溫硬度,可用于壓鑄模、冷鐓模、冷擠模、熱擠模、高速鍛模及塑料模,分別可提高使用壽命1~9倍。但氣體氮碳共滲后常發生變形,膨脹量占化合物厚度的25%左右,不宜用于精密模具。處理前必經去退火和消除殘余。
例如:Cr12MoV鋼制鋼板彈簧孔沖孔凹模,經氣體氮碳共滲和鹽浴滲釩處理后,可使模具壽命提高3倍。又如:60Si2鋼制冷鐓螺釘沖頭,采用預先滲氮、短時碳氮共滲、直接淬油、低溫淬火及較高溫度回火處理工藝,可改善心部韌性,提高冷鐓沖頭壽命2倍以上。
展開 mm/min）
（a）冷搭接缺陷
（b）鉤狀缺陷
【小結】
超聲振動強化攪拌摩擦搭接焊接頭強度更高，顯微硬度更高，塑性更好。
齒輪模具激光表面強化技術是指在數控環境下，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對齒輪或模具表面進行處理，改變其表層的組織或成分，實現表面相變強化或增強性修復的技術。 激光相變強化的金屬材料學
所謂激光相變強化，是用激光束掃描工件，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點以上，受熱層在光斑移開時，由于工件基體的熱傳導作用使溫度舜間進入馬氏體區或貝氏體區，發生馬氏體相變或貝氏體相變，完成相變強化過程。
相變強化工藝具有表面質量好的優點，可根據不同材質、工件熱容量大小、以及激光處理工藝參數的不同，實現硬度、強化層深度可控。在傳統熱處理工藝中影響強化效果的技術因素，在激光相變強化中所起的作用發生了很大變化。
1.彌散強化和畸變強化
激光相變強化形成奧氏體，當停止激光照射，金屬表面發生馬氏體轉變。在此工藝環境下形成的奧氏體，不管是表層，還是里層，奧氏體晶粒都沒有孕育長大的機會。彌散的奧氏體晶粒，形成彌散的馬氏體相或貝氏體相，使組織具有晶格強化的同時具有彌散強化效果。而且，在激冷條件下形成的馬氏體晶格，比常規淬火有更高的缺陷密度。與此同時，殘余奧氏體也獲得極高的位錯密度，使金屬材料具有畸變強化效果，強度大大提高。
2.無氧化脫碳淬火
在傳統熱處理中，工件在加熱過程如沒有保護措施，便會發生氧化、脫碳現象，使工件的硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低。
激光相變強化所使用的吸光涂料具有保護工件表面免遭氧化的性能。
3.激光強化的抗疲勞機理
影響金屬材料抗疲勞性能的原因之一是疲勞裂紋的萌生時間。磨損和疲勞在材料損傷過程中交互促進，磨損溝痕可成為疲勞裂紋的萌生點，加速疲勞裂紋的萌生，材料表面出現疲勞裂紋后，表面粗糙度嚴重惡化，磨損也將加劇。
激光強化層具有較強的抗塑性變形和抗粘著磨損能力。
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在載貨汽車中，鋼板彈簧把車架與車橋用懸掛的形式連接在一起，承受車輪對車架的載荷沖擊，消減車身的劇烈振動，保持車輛行駛的平順性和對不同路況的適應性。50CrVA作為鋼板彈簧的最常用材料，有良好的力學性能和工藝性能，淬透性較高，釩的加入使鋼的晶粒細化，降低過熱敏感性，提高了強度和韌性，具有較好的抗疲勞強度，屈強比也較高。
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表面強化處理方法很多,主要有滲碳、滲氮、滲硫、滲硼、氮碳共滲、滲金屬等。采用不同的表面強化處理工藝,可使模具使用壽命提高幾倍甚至于幾十倍,近幾年又出現了一些表面強化工藝,本文著重四個方面介紹,供同行參考。
1.離子滲氮,為了提高模具的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞和防粘附性能,可采用離子滲氮。離子滲氮的突出優點是顯著地縮短了滲氮時間,可通過不同氣體組份調節控制滲層組織,降低了滲氮層的表面脆性,變形小,滲層硬度分布曲線較平穩
【引言】
攪拌摩擦搭接焊（FSLW）作為一種固相連接技術，可以用于連接相同或者不同厚度的試板，而且避免了傳統熔焊方法中產生的氣孔、裂紋和非金屬夾雜等缺陷，同時鑒于其在輕合金焊接中的巨大優勢，使其在汽車、輪船和航空航天等領域具有廣泛的應用前景。在焊接過程中，由于工件材料發生塑性流動使搭接界面發生遷移從而形成鉤狀缺陷、冷搭接缺陷等界面缺陷，這些界面缺陷的出現會嚴重影響接頭的力學性能。最近，超聲振動因其具有能量利用率高
齒輪的強度和使用壽命是制約我國汽車及其他高端機電裝備國產化的重要因素。根據近年來國際上高強度汽車齒輪研究與應用成果表明，表面強化技術已經成為實現高強度齒輪的疲勞極限、疲勞耐久壽命和最佳摩擦因數等高性能要求的核心技術。尤其是對齒輪主要材料中合金成分影響和齒輪彎曲疲勞和接觸疲勞破損機理的研究、開發齒輪的汽車齒輪滲碳和碳氮共滲等熱處理新技術、以及強力噴丸、微粒噴丸、復合噴丸、磷酸錳轉化涂層、二硫化鉬與微粒子復合噴涂等表面強化等新技術都越來越受到到國內外的重視
齒輪模具激光表面強化技術是指在數控環境下，利用高能量密度的激光束和涂料或熔覆材料對齒輪或模具表面進行處理，改變其表層的組織或成分，實現表面相變強化或增強性修復的技術。 激光相變強化的金屬材料學
所謂激光相變強化，是用激光束掃描工件，使工件表層快速升溫到Ac3臨界點以上，受熱層在光斑移開時，由于工件基體的熱傳導作用使溫度舜間進入馬氏體區或貝氏體區，發生馬氏體相變或貝氏體相變，完成相變強化過程。
