作為典型的表面強(qiáng)化技術(shù)，噴丸強(qiáng)化被廣泛應(yīng)用于齒輪等重要金屬部件的表面強(qiáng)化中，具有顯著的強(qiáng)化效果、實施方便、適應(yīng)面廣和能耗低的優(yōu)點。噴丸強(qiáng)化技術(shù)是通過丸流高速運動不斷沖擊材料表面，細(xì)化材料表層，優(yōu)化表層材料組織結(jié)構(gòu)，明顯增強(qiáng)其硬度和耐磨性。但從目前噴丸技術(shù)應(yīng)用情況來看，由于工作人員對齒輪拋丸強(qiáng)化機(jī)理認(rèn)識不清，拋丸工藝參數(shù)合理性有待提升，導(dǎo)致表面粗糙度較高，給噴丸技術(shù)加工帶來較強(qiáng)不確定性。工作人員不清楚拋丸強(qiáng)化機(jī)理，往往結(jié)合自身經(jīng)驗選擇噴丸工藝參數(shù)，降低整個加工效果。因此，在齒輪噴丸強(qiáng)化方面，必須注意工藝參數(shù)的合理選擇，避免過噴和欠噴現(xiàn)象的發(fā)生。

　　一、齒輪噴丸加工流程

　　齒輪噴丸加工是一種常見的表面處理方法，用于清除齒輪表面的油污、氧化層和其他雜質(zhì)，以提高齒輪的表面質(zhì)量和使用壽命。下面將詳細(xì)介紹齒輪噴丸加工的流程。

　　首先，準(zhǔn)備噴丸機(jī)。噴丸機(jī)是用來將噴丸材料加速至一定速度，沖擊到齒輪表面的設(shè)備。根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)膰娡璨牧?，常見的噴丸材料有鑄鋼丸、切絲鋼丸、玻璃丸等。

　　其次，將待處理的齒輪放入噴丸機(jī)的工作室中。在放入前，要將齒輪的表面清潔干凈，以確保噴丸效果。當(dāng)齒輪放入工作室后，關(guān)閉噴丸機(jī)的門，并啟動設(shè)備。通過控制噴丸機(jī)的氣流和加速裝置，將噴丸材料加速并沖擊到齒輪表面。這個過程會產(chǎn)生很大的壓力和沖擊力，將齒輪表面的污垢和不良層剝離下來。待過程完成后，打開噴丸機(jī)的門，取出噴丸后的齒輪，這時齒輪表面應(yīng)該已經(jīng)清潔干凈，沒有雜質(zhì)和氧化層。

　　最后，對噴丸后的齒輪進(jìn)行檢查。檢查齒輪表面是否清潔完整，是否達(dá)到圖樣要求的覆蓋率和噴丸強(qiáng)度。整個齒輪噴丸加工流程完成后，可以根據(jù)需要進(jìn)行后續(xù)處理，如振動拋光、涂層等。這些工序可以進(jìn)一步提升齒輪的表面質(zhì)量和使用壽命。

　　綜上所述，齒輪噴丸加工是一種常用的表面處理方法，通過沖擊和清除齒輪表面的雜質(zhì)和不良層，使其表面達(dá)到一定的質(zhì)量要求，提高表面的接觸疲勞強(qiáng)度。這種加工流程簡單高效，可以大幅度提高齒輪的使用壽命和運行效率。

　　二、表面完整性參數(shù)表征

　　材料微結(jié)構(gòu)測量

　　同硬度試驗一樣，在進(jìn)行磨光、拋光操作前，都要用電火花線切割機(jī)進(jìn)行切割。應(yīng)用4%硝酸酒精液腐蝕金相組織測定，待腐蝕完全完成后，立即用清水沖洗干凈，再用酒精沖洗干凈，即可用電吹風(fēng)吹干。目前晶粒腐蝕液配比主要有洗衣粉少量，開水100ml，苦味酸4g。在配置過程中，要將苦味酸加入燒杯中，通過玻璃棒導(dǎo)入開水，混合適量洗衣粉，手工持續(xù)攪拌，直到其發(fā)泡。同時，將提前選擇試樣放到燒杯，觀察目標(biāo)面朝上，腐蝕時間控制20 min,時刻觀察表面腐蝕黑色物質(zhì)，避免影響整體腐蝕效果，直到發(fā)現(xiàn)其表面由灰變黑時，才能將試樣撈出，并用酒精沖洗干凈，等到清洗完成后，將試樣表面吹干。另外，放在拋光機(jī)上進(jìn)行手動拋光，放在金相顯微鏡上觀察晶粒行政，如果發(fā)現(xiàn)晶界痕跡不明顯，要多進(jìn)行幾次拋光。

　　表面粗糙度測量

　　美國RTEC公司研制出的多功能摩擦磨損試驗機(jī)，可用于測量表面粗糙度的，其配備Mesh-Stress軟件，配合測試儀使用。測試操作步驟：首先，將光源調(diào)整成白光，選擇十倍鏡面文件，通過手柄進(jìn)行粗調(diào)，調(diào)整鏡頭高，增加界面顯示圖像的清晰度。鏡頭高度的精細(xì)調(diào)整使用軟件和零點的設(shè)置。其次，當(dāng)出現(xiàn)白光條紋時，將鏡頭往上調(diào)整，調(diào)整至恰好從畫面上方消失的白光條紋往上調(diào)整。最后，向下調(diào)整鏡頭，直到畫面下方的白光條紋剛剛消失，調(diào)整到最下面的位置，點擊操作按鈕，開始掃描地區(qū)地表形狀，將BCRF文件拖入到指定區(qū)域，即可開啟形貌測量結(jié)果。

　　顯微硬度測量

　　硬度為典型的綜合性能指標(biāo)，可判斷物理量的大小，如塑性，塑性形變的強(qiáng)化率，彈性等。采用電火花線切割機(jī)進(jìn)行切割，選擇合理的斷面作為觀察對象，然后再進(jìn)行硬度測量。同時，使用不同粒度砂紙打磨，打磨方向相同，在整個操作過程中加入適量的清水，以免在試樣表面出現(xiàn)明顯的劃痕。待試樣研磨工作完成后，將其置于 PG-1A220V 金相拋光機(jī)上進(jìn)行研磨，拋光機(jī)的工作性能可通過金剛石噴霧劑進(jìn)行改善，然后對拋光機(jī)表面進(jìn)行酒精溶液清洗。但在檢測硬度時，應(yīng)采用維氏硬度計量器，其加載力為0.5kgf,加載時間為10s,并選擇深度方向的多個測點進(jìn)行測量，以求獲得硬度梯度分布的硬化層齒輪材料，以保證各測點間隔基本一致、間隔距離為100μm、測量深度為1mm(圖1)。

　　三、齒輪噴丸加工工藝對表面完整性的影響

　　噴丸強(qiáng)度對表面形貌的影響

　　對取得試驗表面形貌數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算出相關(guān)粗糙度數(shù)據(jù)，分析噴丸強(qiáng)度和試驗粗糙度之間的關(guān)系。在沒有噴丸前，Sa為0.62 μm,隨著噴丸強(qiáng)度上升，Sa出現(xiàn)不同程度的增長，當(dāng)噴丸強(qiáng)度為0.55mA時，Sa為1.64μm。同時，Sq和Sa也出現(xiàn)相同變化規(guī)律，從未噴丸0.79μm提升到2.06μm。Sa和Sq變化趨勢如下公式：

　　根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，通過噴丸后的齒面精細(xì)加工，可以合理控制表面粗糙度對接觸疲勞性能的影響，噴丸后會增加工件粗糙度，提高微觀點風(fēng)險。并且可以通過油膜的厚度對RCF中的微點侵蝕進(jìn)行精確的預(yù)測，所以越是厚度小的油膜越容易出現(xiàn)微點侵蝕的現(xiàn)象。通過噴丸處理后，對于機(jī)加工后直接運轉(zhuǎn)的零件而言，可以改善潤滑狀態(tài)。由于零件表面存在切削紋路，油膜形成較困難，因此適度的噴丸處理是必要的，過大的噴丸強(qiáng)度造成了油膜厚度降低，限制了潤滑條件。綜上可知，應(yīng)選用較小的噴丸強(qiáng)度處理，在需要潤滑的部件上，能使部件的運轉(zhuǎn)狀況得到改善。如圖2所示。

　　噴丸強(qiáng)度對顯微硬度的影響

　　在進(jìn)行拋丸處理前后，樣品表面硬度發(fā)生變化，表層至次表層800μm處硬度值會因未拋丸處理時滲碳而波動，約710μm。但從表層到次表層800μm之間的硬度值經(jīng)過小強(qiáng)度拋丸處理后，在720um上下浮動。隨著拋丸強(qiáng)度的增加，表層至次表層在拋丸強(qiáng)度達(dá)到0.25mA時逐漸呈遞減趨勢，硬度值由表層逐漸降低到400 μm左右;硬度值也從730μm逐漸降低到710μm左右;在400μm至800μm之間的硬度值受到碳滲層影響，一直圍繞710 μm上下震蕩，之后逐步下降。同時，表面硬度隨拋丸強(qiáng)度的不斷提高而逐漸提高，但深度為710μm的區(qū)域也逐漸加深，減小到710 μm的深度值。在0.55 mA的拋丸強(qiáng)度下，可以深達(dá)近600 μm。需要注意的是，噴丸處理會引起靶體的塑性變形以及晶粒細(xì)化等作用，造成冷作硬化。由于彈丸的撞擊能量較大，塑性變形層的深度會隨著噴丸強(qiáng)度的增加而增加，這將影響到硬度受影響的區(qū)域的深度。

　　噴丸強(qiáng)度對金相組織的影響

　　非噴丸試樣在接近表面的金相組織中含有大量的奧氏體殘留物，但殘余奧氏體的含量會在經(jīng)過0.15mA強(qiáng)度的藥丸處理后減少，并有一部分轉(zhuǎn)化為馬氏體(Masthalm)。同時，黑馬氏體組織的含量會隨著藥丸強(qiáng)度的逐漸增加而逐漸增加，達(dá)到研究中觀察到的馬氏體含量最高值時，藥丸強(qiáng)度達(dá)到0.55mA。然而，值得注意的是，顯示殘余奧氏體轉(zhuǎn)化為馬氏體的比例也隨著噴丸強(qiáng)度的提高而逐漸提高，物質(zhì)的疲勞性也會因此得到進(jìn)一步的改善。由于馬氏體的抗性較強(qiáng)，相對于殘余奧氏體而言，噴丸處理能使?jié)B碳齒輪表面的組織狀態(tài)得到改善，從而使齒輪的疲勞壽命得到改善。

　　參考文獻(xiàn)略.