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汽车工业中的抛喷丸强化应用


第 5 卷- 2017 年 9 月刊
抛喷丸强化和氮化之新组合



Mario Guagliano

  氮化是一种著名的热处理工艺,有效用于早期的汽车。氮化发动机的曲轴和其他机械元件,可以表现出更好的机械性能,从而改善磨损和疲劳强度。

  氮化物将氮气扩散至金属表面,以起到提高表面的效果。该工艺具有多个不同的变量,并且最常用于低碳、低合金钢材料。但也适用于中、高碳含量的钢、钛、铝、钼。最近也被用以产生新型双向微结构材料。

  氮化还可以结合使用抛喷丸,在材料表面层中引入压缩残余应力的的,高于通过氮化所实现的残余应力,从而进一步提高了经处理材料的一些机械性能。抛喷丸常见应用是作为最后的处理,即经氮化处理,否则,就不会产生残余应力。

  但是,还有另外一种有效的抛喷丸和氮化的复合工艺处理,与最终的机械性能没有直接关系,而是减少了热处理的时间和成本。事实上,众所周知,氮化周期长,可以认为是整个工艺过程中的“瓶颈”。

  氮化之前,抛喷丸又是怎样的?从这两种处理的不同顺序可以预期到什么?事实上,如果我们以通常的方式应用抛喷丸,也就是说,以抛喷丸强度和100%的覆盖率抛喷丸应用为指标,那么我们不可能实现我们的目标。如果我们增加抛喷丸强度和覆盖率会发生什么?

  在这种情况下,抛喷丸只能作为在表面层中诱导严重塑性变形的处理工艺,也就是说至少约等于8m/m的塑性变形。实际上,我们已经认识到,通过这种塑性变形,金属微结构的位错密度和最终的晶粒度方面有所改变。这种现象是复杂的,并且可能会根据不同材料变化而变化。为了简便起见,通过这些不寻常的抛喷丸强化处理,可以将粒度降低到80-200nm,从而增加晶界数。这种晶粒细化的材料已被证明具有优越的性能,目前,并且关于该项目的研究是材料学中最具吸引力的。

  但是,为何在氮化之前需要进行严格的抛喷丸?如果将材料加热到550°-600°C,是否会失去原表面组织晶粒细化层?可能失去,但是如果氮在以纳米尺寸晶粒为特征的微结构中扩散,则扩散的动能将强烈加速,而完成处理所需的时间将显著降低。

  最近的研究已经证明,如果应用严格的抛喷丸,然后进行氮化处理,则完成处理所需的总时间降为原来的一半:通过分析发现,所研究的材料是低合金钢,原始氮化时间为15小时。经过严格的抛喷丸强化处理后,总时间为7.5小时,氮化层材料的深度和特性相同。一系列测试表明:使用光滑试样确定的疲劳极限仍保持不变。

  结果当然并非是明确的,我们必须付出更多的努力以确认和尽量概括迄今取得的成果。然而,该处理可能会有相当大的益处,并且可能为汽车行业的抛喷丸应用展开新的一页。



汽车工业中的抛喷丸强化应用
作者:Mario Guagliano
MFN特约编辑
义大利米兰大学教授
邮编:20156 义大利米兰
邮箱:mario@mfn.li
 
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