Page 63 - 机械工程材料2025年第三期

2025 年 3 月 第 49 卷 第 3 期 Vol. 49 No. 3 Mar. 2025

DOI：10. 11973/jxgccl240221

渗氮 X210CrW12 钢挺柱的微粒子喷丸工艺

姚亚俊 1, 2 ，罗长增 1, 2, 3 ，吴心波 1, 2 ，徐得石 1, 2 ，陈月春 1, 2 ，姜传海 4
（1. 潍柴动力股份有限公司，潍坊 261061；2. 内燃机与动力系统全国重点实验室，潍坊 261061；

3. 南京航空航天大学材料科学与技术学院， 南京 211106；4. 上海交通大学材料科学与
工程学院，上海 200240）

摘 要： 以直径 0.3 mm钢丸、直径0.1 mm陶瓷丸、直径0.1 mm玻璃丸为弹丸，对整体渗氮的
X210CrW12钢挺柱分别进行玻璃丸 （喷丸强度0.07 mm，由A试片测得，下同）、陶瓷丸（喷丸强度
0.15 mm）+玻璃丸 （喷丸强度0.07 mm）、钢丸（喷丸强度0.30 mm）+陶瓷丸（喷丸强度0.15 mm）+
玻璃丸（喷丸强度0.07 mm）等3种工艺的微粒子喷丸处理， 研究了不同工艺喷丸后挺柱的表面形貌、
表面粗糙度、残余应力、残余奥氏体含量和显微硬度。结果表明：喷丸处理对渗氮X210CrW12钢挺
柱的表面粗糙度影响不大，但可以提高表层的残余压应力大小和层深以及硬度，降低残余奥氏体含
量。经单一玻璃丸喷丸强化后，挺柱表层残余压应力较低且分布较浅，奥氏体含量较高，硬度较低；
相比于单一玻璃丸的喷丸工艺，经陶瓷丸+玻璃丸喷丸强化后，残余压应力及其层深增大，显微硬
度升高，残余奥氏体含量降低；经钢丸+陶瓷丸+玻璃丸喷丸强化后，表面残余压应力最大，外圆
面和端面的残余压应力分别为1 180，1 238 MPa，残余压应力层深超过200 μm，残余奥氏体含量最
低，外圆面和端面的奥氏体体积分数分别为1.34%，2.65%，显微硬度最高，外圆面和端面的硬度分
别为1 036，1 009 HV，该喷丸工艺对挺柱表层的强化作用最佳。
关键词： 渗氮X210CrW12钢挺柱；微粒子喷丸；残余应力；奥氏体含量；硬度
中图分类号：TG146.1 文献标志码：A 文章编号：1000-3738（2025）03-0055-06
0 引 言 塑性变形而引入残余压应力场、细小组织及粗糙
表面 ［2-4］ 。研究 ［5］ 表明，用直径0.6 mm钢丸对渗氮
船用柴油机凸轮轴-挺柱配副的摩擦磨损是发
18Cr2Ni4WA钢进行喷丸强化后，表面最大残余压
动机故障中的棘手问题，而挺柱端面的接触疲劳剥
应力较直接喷丸强化提高151%。高玉魁 ［6］ 用直径
落是发动机台架试验常见的失效形式之一，约占失
0.4 mm钢丸对渗氮后的40Cr钢和30CrMo钢进行喷
［1］
效总数的50%以上 。船用柴油机的耐久性要求极
丸强化，疲劳强度相比未喷丸钢分别提高了20%和
高，这就要求挺柱具有更高的接触疲劳性能。表面
11%。可见，渗氮+喷丸的复合强化工艺能够明显
强化可以提升挺柱的接触疲劳和耐磨性能，目前挺
优化金属材料表面性能。但是，渗氮工艺形成的渗氮
柱的表面强化方法多为盐浴渗氮或气体渗氮。渗氮
层薄且硬脆，对喷丸工艺要求非常苛刻。传统喷丸
处理后挺柱表面具有良好的抗黏着磨损性能，并且
强化技术因弹丸直径较大易使表面形成微裂纹，无
在交变载荷作用下具有更高的疲劳抗力。但是，渗
法在渗氮钢上实现工程化应用。微粒子喷丸强化工
氮处理后表面残余压应力较小，影响范围有限，因此
艺使用直径更小的弹丸，可有效消除原始加工痕迹，
需要进一步探索表面强化方法以继续提升挺柱的服
减少应力集中位置，并在表层引入更大的残余压应
役寿命。 力，但是目前未见有关渗氮钢微粒子喷丸工艺方面
表面强化工艺中的喷丸处理采用高速运动的 的研究。因此，作者以渗氮后的X210CrW12钢挺柱
弹丸流反复击打材料表面，使材料表层发生明显
为研究对象，采用玻璃丸、陶瓷丸+玻璃丸、钢丸+
陶瓷丸+玻璃丸等不同弹丸在不同喷丸强度下对挺
收稿日期：2024-05-05；修订日期：2025-02-14
柱外圆面和端面进行微粒子喷丸强化处理，研究了
基金项目：山东省重点研发计划资助项目（2024CXPT067）
微粒子喷丸处理后挺柱表面微观形貌、残余压应力、
作者简介： 姚亚俊（1984—），女，山西浮山人，工程师，硕士
通信作者：罗长增高级工程师 残余奥氏体含量和显微硬度分布，以期为挺柱复合
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