表面喷丸提高紧固件品质

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根据统计，紧固件断裂失效模式中，疲劳失效约占总数的60%～90%，所以在历史上已广为采用的调质、渗碳、表面处理，通过改变材料的组织来达到改善疲劳性能(包括应力腐蚀性能)的目的。当今，表面喷丸强化工艺，已经采用在螺栓、螺钉的杆部，使用最多、适应性也广，成本也低廉。 　　
      喷丸是弹丸流不断撞击紧固件表面材料，由此使表层(深度约0.05～0.20mm)材料发生循环塑性变形的过程。经受循环塑性变形的表层随材料的不同将发生以下一种或几种变化：
0 }! m. R4 D$ a8 [　　表层内形成残余压应力场；
& m; l2 H# n+ A# R/ ~) @7 Q　　表层材料的亚结构(亚晶粒)尺寸和点阵畸变的变化；
; Y0 b. S" T4 A1 h9 \( k8 q　　塑变诱导相变；
　　塑变层内材料密度的变化。
　　喷丸循环塑性变形引入材料表层的残余压应力场，与外施交变应力的拉应力在同一截面叠加后，使材料承受的最大拉应力由表面移至亚表面位置。
! K, S! F+ U; ]5 e* J　　表面未喷丸强化试样的疲劳裂纹萌生于外表面，而经过喷丸表面形变强化的疲劳裂纹萌生于次表层。理论分析证实，形变残余应力使疲劳裂纹萌生于材料次表面之后，即可获得比表面疲劳极限高1.05～1.35倍的内部疲劳极限。
　　表面喷丸强化是提高紧固件抗疲劳断裂的应力腐蚀、氢脆断裂的一种行之有效的表面强化工艺。弹丸有铸钢丸、玻璃丸、陶瓷丸等，被强化紧固件表面粗糙度0.65～2μm，可达到的表面粗糙度0.63～2.5μm，工件的使用可靠性、耐久性均可获得明显的改善和提高。
　　喷丸强化后不同材料的强度比值
& e* n2 t* u9 G# w$ t& X　　材料牌号喷丸前Rm/MPa喷丸后Rm/MPa比值
. f+ J$ d7 s6 [9 U. k. B0 @, A8 w　　40Cr 1060 1140 1.08
　　ML35 895 1105 1.23
8 k# ?0 l8 F% m8 V, q6 Z; I. ?　　SWRCH 22A 980 1135 1.16
: ?/ [- t( N# E! ?2 x　　SCM435 1075 1150 1.07
$ N7 m1 [" g; x, ^: w　　10# 305 410 1.34
　　喷丸强化设备主要有两种结构形式，气动式与机械离心式。
2 H+ Z6 l. e* N: j8 k' h　　气动式喷丸机适用品种繁多且每种产量较少的产品，需用玻璃丸或陶瓷丸进行低强度喷丸处理。
　　机械离心式适用大批量产品，品种较少，采用铸钢丸高喷丸强度进行。
　　根据至今生产中已经广泛应用的成熟经验，对Rm≥1000MPa的高强度紧固件尤其适宜。对头杆结合部位和光杆部份进行适宜的喷丸强化处理，能够有效地改善和提高该部份的疲劳和应力腐蚀断裂抗力。
% J( h" r/ Q# {% N  Q　　喷丸强化后表面硬度可以提高40～80HV 0.3，对于10.9、11T级高强度螺栓当硬度控制在330～350HV 0.3时，通过喷丸强化后表面硬度可以提高至370～410HV 0.3，表面的硬度显著提高是受到高的残余压应力，加工硬化综合作用的结果。
- u; h5 j# D+ p+ p- B/ j& O) K　　最后通过表面化学转化，材料表面的钝化、氧化和磷化技术，进一步提高紧固件耐蚀性，以提高紧固件制造工艺水平，减少环境污染，这将是今后若干时期的发展方向。