Page 64 - 机械工程材料2025年第三期

姚亚俊，等：渗氮X210CrW12钢挺柱的微粒子喷丸工艺

喷丸工艺的产业化开发提供理论依据。 进行微粒子喷丸处理，所用弹丸包括直径0.3 mm的
钢丸、直径0.1 mm的陶瓷丸和直径0.1 mm的玻璃丸，
1 试样制备与试验方法
采用3种喷丸工艺：仅用玻璃丸进行喷丸，喷丸强度
试验对象为整体渗氮处理的X210CrW12 钢挺 为0.07 mm（由A试片测得， 下同），将该工艺记作工艺
柱，由山东高强紧固件有限公司提供。挺柱结构如 1； 先用陶瓷丸进行喷丸，喷丸强度为0.15 mm，再用
图1（a） 所示，内圆直径为25 mm，厚度为5 mm，长 玻璃丸进行喷丸，喷丸强度为0.07 mm，将该工艺记
度为60 mm。挺柱截面显微组织如图1（b）所示，表 作工艺2； 先用钢丸进行喷丸，喷丸强度为0.30 mm，
层为厚度约10 μm的Fe-N化合物层，次表层为扩散 再用陶瓷丸进行喷丸，喷丸强度为0.15 mm，最后用
层，心部组织为块状碳化物+马氏体基体。 玻璃丸进行喷丸，喷丸强度为0.07 mm，将该工艺记
采用气动数控喷丸设备对挺柱外圆面和端面 作工艺3。3种工艺的喷丸覆盖率均为150%。

图 1 挺柱的结构以及截面显微组织
Fig. 1 Structure (a) and section microstructure (b) of tappet
采用ZEISS EVO18 型扫描电子显微镜（SEM） 因此仅对端面的表面形貌进行观察。由图2可以看
观察不同工艺喷丸前后挺柱端面的微观形貌。采用 出：喷丸前挺柱表面存在轻微的磨削加工划痕；经
TR240型表面粗糙度及轮廓仪测表面粗糙度R a ，取 过工艺 1 和工艺 2 喷丸处理后，表面未见明显的裂
样长度为0.4 mm，测5次取平均值。采用Proto-8818 纹、材料剥落等缺陷，且原始加工划痕得到消除，经
型电解抛光机和专用电解液对喷丸表面进行腐蚀 过工艺3喷丸处理后表面材料发生塑性流动，机加
剥层，工作电压为15 V，电流为2 A，使用数显千分 工痕迹完全消除，表面出现了微弹坑，同时还存在少
尺测剥层深度。采用Proto-LXRD型X射线应力分 量碎屑以及材料黏结现象 ［7-8］ 。由表面形貌的差异
析仪测不同剥层深度（距表面不同距离）处残余压 性分析，工艺3下挺柱表层的强化程度大于工艺1和
应力，管电压为30 kV，管电流为20 mA，采用铬靶， 工艺2。
K α 射线，钒滤波片，采用同倾衍射几何方式；采用 2.2 表面粗糙度
XL-640型X射线衍射分析仪测不同剥层深度的残 由图3可以看出：不同工艺喷丸前后挺柱外圆
余奥氏体含量，管电压为25 kV，管电流为5 mA，采 面和端面的表面粗糙度相近，喷丸后表面粗糙度高
用铬靶，K α 射线，钒滤波片，选择奥氏体（220）及马 于喷丸前；工艺1、工艺2、工艺3喷丸后挺柱的表面
氏体（211） 衍射晶面，测试范围分别为132°~125°及 粗糙度依次增大，但都处于较低水平（ R a 小于1 μm），
168°~144°， 测试间隔为0.04°，时间常数为3 s及20 s； 喷丸后表面总体质量较高。工艺3经历3次喷丸处理，
采用DHV-1000型显微硬度计测不同深度处的显微 喷丸强度最高，尤其是钢丸的硬度高，密度大，携带
［9］
硬度，试验载荷为0.5 N，保载时间为10 s，相同深度 动能高，对试样表面产生强大冲击 ，喷丸后表面变
处测3次取平均值。 形最严重，表面粗糙度也应较大，但由于后续所用陶
瓷丸和玻璃丸的粒径小，硬度低，对表面冲击作用较
2 试验结果与讨论
弱，起到平整表面作用，降低了由钢丸喷丸造成的
2.1 表面形貌 较大粗糙度。可知，不同工艺喷丸对挺柱表面粗糙
挺柱端面与凸轮轴接触，是发动机运转时的主 度影响不大，基本可避免表面粗糙度对性能的不利
要工作面，且喷丸前后其表面形貌与外圆面相似， 影响。

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