黃明月　李希同　李?！±钍篮?/p>

摘 要：噴丸強化使最簡單的表面強化工藝，對不銹鋼316進行噴丸強化，綜述了噴丸強化技術(shù)對材料表層殘余應(yīng)力分布、顯微組織結(jié)構(gòu)、表面粗糙度和表層硬度分布等表面完整性因素影響的研究，以提高表面完整性為目的。通過對表面完整性參數(shù)的研究，得出噴丸強化使表面完整性得以提高。

關(guān)鍵詞：噴丸強化；表面完整性；殘余應(yīng)力；顯微組織結(jié)構(gòu)；表面粗糙度；表層硬度

1 引言

金屬材料的物理和化學性能，疲勞等很大程度上都取決于材料本身的表面完整性。表面完整性指的是表面粗糙度，表面層硬度，表層顯微結(jié)構(gòu)，殘余應(yīng)力等狀態(tài)的好壞。參考大量的重工業(yè)零部件失效形式，屬于疲勞失效的約占了百分之80，而材料的表面完整性則是影響材料疲勞性能的重要因素之一。表面完整性是零件加工后表面紋理和表面層冶金質(zhì)量，又稱為表面層質(zhì)量，包括微觀結(jié)構(gòu)，表層硬度，表面粗糙度，殘余應(yīng)力等參數(shù)。由于目前的不銹鋼316不能滿足市場性能的需要，需要對其進行表面強化處理，使其提高表面表面完整性能，進而提高材料的壽命，抗疲勞強度等。

2 研究意義

不銹鋼的生產(chǎn)和銷售是我國出口經(jīng)濟的重要組成部分，它對我國的經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大的貢獻。但是從目前的不銹鋼出口貿(mào)易來看，我國的不銹鋼出口遇到了很大的阻力。從近幾年來看，國外一直頻繁的傳來對我國不銹鋼的產(chǎn)品進行雙規(guī)的新聞報道，這對于我國的不銹鋼鑄造產(chǎn)業(yè)來講有很大的影響，出口是我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一部分，在其產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占有很大的市場份額，出現(xiàn)此情況，我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)應(yīng)該不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量，大力發(fā)展改良不銹鋼的性能，才能在世界貿(mào)易中占據(jù)主導(dǎo)地位，立于不敗之地。基于此本試驗研究提高不銹鋼316的材料性能，不斷地提高不銹鋼的表面完整性，進而提高其疲勞性能，延長壽命，提高不銹鋼的核心競爭力，也為本民族不銹鋼發(fā)展作出自己的貢獻。

3 主要工作

本實驗采用噴丸強化處理，因為噴丸強化是目前最簡單也是企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種處理方法。噴丸強化技術(shù)借助高速運動的彈丸流或者高能沖擊波不斷撞擊材料的表面，因為其是一種材料表面的冷加工方法，因而使材料表層發(fā)生彈性塑性變形，噴丸后材料會表現(xiàn)出較好的表面完整性，從而能抑制材料本身的裂紋萌生和裂紋擴展，進而提高材料的壽命。因此，在本文中通過四個表面完整性參數(shù)闡述了有關(guān)噴丸強化對表面完整性的影響，總結(jié)了噴丸強化技術(shù)對微觀結(jié)構(gòu)，硬度，殘余應(yīng)力，表面粗糙度等表面完整性因素的影響規(guī)律分析，進而得出控制表面完整性的因素，促進噴完技術(shù)的發(fā)展，是人們按照自己理想的需求性能來控制表面完整性參數(shù)來達到目標。

3.1表面粗糙度

噴丸強化過程中彈丸高速撞擊材料表面會引起材料的塑性變形，并且會在表面形成凹坑，會引起表面粗糙度的增大，而且不當?shù)墓に噮?shù)甚至會引起材料的表層開裂等表面損傷，損害零件的性能，所以被噴丸材料的表面粗糙度是一項重要的指標，控制材料的表面粗糙度從而控制表面完整性能。噴丸強化參數(shù)對表面粗糙度有很大的影響，噴完強度增加，表面粗糙度也增加。而且隨著噴完時間的增加，表面粗糙度上升到一定程度會下降，如圖1所示

在剛開始，彈丸高速撞擊次材料表面使材料嚴重塑性變形，形成很多峰和谷，表面粗糙度增大，隨著時間加長，覆蓋率的增加使凹凸數(shù)量不斷增加，此時粗糙度達到最大，此時繼續(xù)噴丸使材料峰谷交替出現(xiàn)，材料表面粗糙度開始下降最后達到穩(wěn)定值。在一定范圍內(nèi)，噴丸時間越長，表面粗糙度越小。

3.2 顯微結(jié)構(gòu)

以不銹鋼316為例進行打磨拋光，腐蝕后在顯微鏡下可觀察到細化的奧氏體組織，對裂紋萌生產(chǎn)生阻礙作用，未噴丸的部分奧氏體組織明顯比噴丸過的奧氏體大，這進一步阻礙了裂紋的擴展，從而提高了表面完整性。在噴丸強化過程中，材料表層發(fā)生塑性變形，其顯微結(jié)構(gòu)中晶粒大小，位錯密度，物像結(jié)構(gòu)等都發(fā)生變化。構(gòu)成了變形組織的硬化層。塑性變形的表層硬化層的組織細化作用對晶體的應(yīng)變起到了抑制作用，從而提高了材料的表面完整性能。噴丸強化后的組織細化機制是由于在彈丸撞擊下接觸應(yīng)力超過了屈服強度，受噴材料表層產(chǎn)生位錯和剪切等缺陷，缺陷在相互交錯后形成了細化的胞狀組織。

噴丸強度對不銹鋼316影響層深度為300um納米層的深度20um。噴丸強化后通過對顯微結(jié)構(gòu)圖的分析，得出奧氏體約占總面積的百分76，奧氏體面積越大，表面完整性能越好。

3.3 殘余應(yīng)力

噴丸強化處理后會在材料表層引入殘余應(yīng)力，通常在靠近噴丸一側(cè)的為殘余壓應(yīng)力，因為殘余壓應(yīng)力可以提高材料的表面完整性進而提高抗疲勞性能和抗腐蝕性能。因此，如何控制殘余應(yīng)力的大小，深度成為了當下研究的重要內(nèi)容。

噴完的工藝參數(shù)，例如噴丸時間、強度、彈丸大小等對殘余應(yīng)力的大小有明顯的影響。提高噴丸強度，彈丸獲得更大的動能，受到噴丸的區(qū)域應(yīng)力非常集中，因此變形層更深，殘余應(yīng)力值更大，表面完整性越好。隨著噴完時間增加，受噴丸區(qū)域的最大殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)力層也相應(yīng)的增加噴丸時角度的選取不同也會對殘余應(yīng)力造成影響。彈丸的直徑越大越容易產(chǎn)生更大的殘余應(yīng)力層深度，所以通過控制噴丸的工藝參數(shù)獲得不同的表面殘余應(yīng)力，來提高表面的完整性。

3.4 表層硬度

噴丸強化后表層硬度呈現(xiàn)梯度變化，不銹鋼316從被噴丸一側(cè)到縱深表層硬度依次降低最后趨于未噴完硬度。噴丸強化使材料表層硬度大幅度提高，噴丸強化使調(diào)控硬度最簡單也是最有效的方法，噴完強度越高，表層硬度值越大，硬度層深度越深。此外，噴丸彈丸的大小，噴丸時間也對表面層硬度有較大的影響。如圖2所示，從圖可見，大的直徑彈丸對硬化層深度有較大影響，直徑越大，深度越大，在一定范圍內(nèi)，時間越唱深度增加。

4 結(jié)語

通過不斷調(diào)整噴丸的工藝參數(shù)來對表面完整性參數(shù)產(chǎn)生影響，朝著提高表面完整性能的方向調(diào)控，使不銹鋼可以按照人們對它的性能需求的變化而變化，滿足航空工業(yè)等重工業(yè)零件的性能需求，提供更加穩(wěn)定的抗疲勞性能，從而提高安全性。所以鑒于目前的研究可以通過表面完整性的監(jiān)測和控制系統(tǒng)進行控制和改善表面完整性，對重要零件的生產(chǎn)進行嚴格的表面完整性控制。