一种低碳钢零件渗碳后表面强化方法技术

本发明专利技术公开了一种低碳钢零件渗碳后表面强化方法，该方法采用现有的超高压数控水射流的方式对经过渗碳处理过的低碳钢零件表面进行强化处理，即混合磨料依靠自重以及高速水流产生的负压，使混合磨料进入混合管内与水混合，混合磨料经水流的加速后与水流一起从喷嘴高速喷射到零件表面。在喷射过程中钢球丸硬度高，对工件表面冲击作用强，而玻璃球丸硬度较低，在喷射过程一部分玻璃球丸会破裂，与水流混合后，对工件表面产生液体研磨作用，故经混合磨料水射流喷丸强化后，工件表面有比传统喷丸更大的残余压应力，同时表面糙粗度值小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低碳钢零件渗碳后表面强化方法，属于金属表面改性

技术介绍
受目前设备和工艺限制，钢经渗碳淬火后，通常会在表面形成的20～200μm脱碳层，而脱碳使得材料表面硬度和压应力降低，甚至表面出现拉应力，从而大大降低金属工件的疲劳寿命，采用真空渗碳技术也不能完全避免表面脱碳问题，另一方面由于真空渗碳设备空间有限，成本较高，导致长而大的工件难以采用真空渗碳方法，因此通常对渗碳淬火后的工件进行喷丸处理，可去除表面的部分脱碳层和氧化层，并产生显著加工硬化，获得一定深度的压应力层，从而提高金属工件的抗疲劳性能。但工件经过现有的喷丸处理技术后，表面粗糙程度会急剧增加，且残余压应力最大值较难达到-1000MPa以上，此外还极易出现过喷，产生大量微观缺陷，从而一定程度上阻碍工件疲劳寿命的提高，因而考虑表面强化工艺时必须综合残余应力和粗糙度的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种装置简单、生产效率高、适用范围广的低碳钢零件渗碳后表面强化方法，以克服现有技术的不足。本专利技术的技术方案：一种低碳钢零件渗碳后表面强化方法，该方法采用超高压数控水射流的方式对经过渗碳处理过的低碳钢零件表面进行强化处理，即混合磨料依靠自重以及高速水流产生的负压，使混合磨料进入混合管内与水混合，混合磨料经水流的加速后与水流一起从喷嘴高速喷射到零件表面。上述方法中，所述混合磨料为玻璃球丸和钢球丸的混合物，其中钢球丸占混合磨料总体积的20～50％，两种磨料直径一致，为0.05～0.2mm。上述方法中，所述喷嘴的直径为0.33mm，喷射水压为200～400MPa，喷嘴距零件的表面距离为10～30mm，喷射方式为直线喷射，混合磨料的流量为50～400ml/min，喷嘴的移动速度为10～600mm/min。上述方法中，待喷工件形状为圆形时，将圆形工件通过卡盘固定并以20～60r/min的速度带动旋转，经混合磨料水射流喷丸强化后钢表面减少30～80μm微去除，并产生300～400μm的强化层，其工艺参数如下：水压200～400MPa，喷嘴直径0.33mm，喷嘴距金属表面距离10～20mm，喷射方式为直线喷射，磨料为玻璃球丸和钢球丸的混合物，其中钢球丸所占的体积为20～40％，两种磨料直径一致，为0.05～0.2mm，磨料流量为50～300ml/min，喷嘴移动速度为10～100mm/min。上述方法中，待喷工件形状为平板形时，平板工件通过夹具固定在水箱上，经混合磨料水射流喷丸强化后钢表面减少30～100μm微去除，并产生300～500μm的强化层，其工艺参数如下：水压200～400MPa，喷嘴直径0.33mm，喷嘴距金属表面距离10～30mm，喷射方式为直线喷射，磨料为玻璃球丸和钢球丸的混合物，其中钢球丸所占的体积为30～50％，两种磨料直径一致，为0.05～0.2mm，磨料流量为100～400ml/min，喷嘴移动速度为100～600mm/min。由于采用上述技术方案，本专利技术的优点在于：本专利技术结合了传统弹珠喷丸以及纯水射流喷丸的优点，采用超高压数控水射流的方式对经过渗碳处理过的低碳钢零件表面进行强化处理。在喷射过程中钢球丸硬度高，对工件表面冲击作用强，而玻璃球丸硬度较低，在喷射过程一部分玻璃球丸会破裂，与水流混合后，对工件表面产生液体研磨作用，故经混合磨料水射流喷丸强化后，工件表面有比传统喷丸更大的残余压应力，同时表面糙粗度值小。因此，本专利技术所采用的混合磨料粒子在喷射过程中对工件表面有冲击、磨损、剪切的作用，会实现表面20～100μm去除，从而可以有效降低脱碳层厚度以及表面粗糙度值。另外，本专利技术采用的装置简单，生产效率高，适用范围广，对复杂形状零件亦可进行强化，经过混合磨料水射流喷丸强化后的工件疲劳性能可以得到极大提高。附图说明图1为本专利技术实施例1的结构示意图；图2为本专利技术实施例2的结构示意图。附图标记说明：1-喷嘴，2-水箱，3-圆形工件，4-卡盘，5-平板工件。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1本实施例中的待喷工件为经过渗碳处理过的圆形低碳钢零件。参见图1，首先将圆形工件3通过卡盘4固定并以30r/min的速度带动旋转，然后采用超高压数控水射流的方式对圆形工件3表面进行强化处理，即混合磨料依靠自重以及高速水流产生的负压，使混合磨料进入混合管内与水混合，混合磨料经水流的加速后与水流一起从喷嘴1高速喷射到圆形工件3的表面。具体工艺参数如下：水压为300MPa，喷嘴1的直径为0.33mm，喷嘴1距圆形工件3的表面距离为10mm，喷射方式为直线喷射，混合磨料为玻璃球丸(SiO2)和钢球丸的混合物，钢球丸所占混合磨料总体积的33.3％，两种磨料直径均为0.1mm，磨料流量为80ml/min，喷嘴移动速度为10mm/min。经测试，经过该方法喷丸处理后，圆形工件3的表面粗糙度为1.8μm，残余应力呈勾形分布，最大残余应力为-1720MPa，在距表面50μm处，表面半径减少50μm，强化层厚度为400μm。实施例2本实施例中的待喷工件为经过渗碳处理过的平板形低碳钢零件。参见图2，首先将平板工件5通过夹具固定在水箱2上，然后采用超高压数控水射流的方式对平板工件5表面进行强化处理，即混合磨料依靠自重以及高速水流产生的负压，使混合磨料进入混合管内与水混合，混合磨料经水流的加速后与水流一起从喷嘴1高速喷射到平板工件5的表面。具体工艺参数如下：水压为250MPa，喷嘴1的直径0.33mm，喷嘴1距平板工件5的表面距离为15mm，喷射方式为直线喷射，混合磨料为玻璃球丸(SiO2)和钢球丸的混合物，钢球丸所占混合磨料总体积的40％，两种磨料直径均为0.1mm，磨料流量为150ml/min，喷嘴1的移动速度为300mm/min。经测试，经过该方法喷丸后，平板工件5的表面粗糙度为1.1μm，残余应力呈勾形分布，最大残余应力为-1788MPa，在距表面80μm处，表面尺寸减少80μm，强化层厚度为460μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低碳钢零件渗碳后表面强化方法，其特征在于：采用现有超高压数控水射流的方式对经过渗碳处理过的低碳钢零件表面进行强化处理，即混合磨料依靠自重以及高速水流产生的负压，使混合磨料进入混合管内与水混合，混合磨料经水流的加速后与水流一起从喷嘴高速喷射到零件表面。

【技术特征摘要】
1.一种低碳钢零件渗碳后表面强化方法，其特征在于：采用现有超高压数控水射流的方式对经过渗碳处理过的低碳钢零件表面进行强化处理，即混合磨料依靠自重以及高速水流产生的负压，使混合磨料进入混合管内与水混合，混合磨料经水流的加速后与水流一起从喷嘴高速喷射到零件表面。2.根据权利要求1所述的低碳钢零件渗碳后表面强化方法，其特征在于：混合磨料为玻璃球丸和钢球丸的混合物，其中钢球丸占混合磨料总体积的20～50％，两种磨料直径一致，为0.05～0.2mm。3.根据权利要求1所述的低碳钢零件渗碳后表面强化方法，其特征在于：所述喷嘴的直径为0.33mm，喷射水压为200～400MPa，喷嘴距零件的表面距离为10～30mm，喷射方式为直线喷射，混合磨料的流量为50～400ml/min，喷嘴的移动速度为10～600mm/min。4.根据权利要求1～3任意一项所述的低碳钢零件渗碳后表面强化方法，其特征在于：待喷工件形状为圆形时，将圆形工件通过卡盘固定并以20～60r/min的速度带动旋转，经混合磨料水射流喷丸强化后钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁益龙，邹雄，姜云，梁宇，杨明，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52