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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。 1 _& T! t3 L$ U" I$ z" z
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:
) z) c: O# K0 t, K2 ^9 h 表层内形成残余压应力场; , f2 M1 k% g6 J. A" i
表层材料的亚结构(亚晶粒)尺寸和点阵畸变的变化; 4 B0 a* n& _; j; x9 x+ V
塑变诱导相变;
* w L2 w9 u, e b6 V 塑变层内材料密度的变化。
( m w' k* j' g+ ? 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。
" P: k; Y4 ]% }1 P" b7 b 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。 " i- M& ~. C! q2 o
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。 0 c: c8 Q: A8 J1 t
喷丸强化后不同材料的强度比值
9 F1 m/ [3 V/ x0 L' B/ P 材料牌号喷丸前Rm/MPa喷丸后Rm/MPa比值 + C5 B" V' |% t# }2 I
40Cr 1060 1140 1.08 : K1 P* U, X; C1 S: z$ P! G
ML35 895 1105 1.23
, u' w4 S! A1 k* G2 f SWRCH 22A 980 1135 1.16 3 Y' t2 D/ v) F r0 Y+ Q7 V
SCM435 1075 1150 1.07 + |8 w: ?3 q6 O0 n
10# 305 410 1.34 - }$ P x. H4 c: H& i, s
喷丸强化设备主要有两种结构形式,气动式与机械离心式。 0 x7 W5 `. h" V% A" }
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。
4 D" b! M1 K: ^- D. f" Y# c, D2 d! | 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。
" S; K5 R r5 x7 {2 o 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。 2 e) z* y0 b/ `+ @
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。
0 J6 V% _- ^; u$ M 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。 |
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