1、冶金与建筑工程系 教 案第 6 教学单元课 题：表面改性技术二-金属表面形变强化技术知识目标 熟悉喷丸强化和滚压强化的原理能力目标 熟悉喷丸强化和滚压强化的基本工艺教学目标职业素质目标 爱岗敬业 诚实守信 技能过硬 自主创新教学重点 喷丸强化教学难点 喷丸强化的原理辅助教学手段 采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准 备 教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期 月 日 月 日 月 日 月 日 月 日教 学 进 程教学方法及时间分配复习提问：1、 化学热处理的基本过程2. 渗碳基本工艺及渗碳后的性能导 言：以一种实验钢为载体
2、，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、冶金与建筑工程系 教 案新课内容:理论基础加工硬化，即通过机械手段(喷丸、 滚压 等)在金属表面产生塑性变形，使表面形成加工硬化层，其深度可达 0.51.5 mm。表面层的两种变化：一是在组织结构上，亚晶粒极大细化，位错密度增加，晶格畸变度增大；二是形成了高的残余压应力。常用方法喷丸、滚压等，而尤以喷丸强化应用最为广泛。 、 喷丸强化1. 定义喷丸强化是在受喷材料的再结晶温度以下进行的一种冷加工方法，是利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击受喷工件表面，使材料表层发生弹、塑性 变形，在零件表面产生一定厚度的加工硬化 层，并呈 现较大的残余压应力，从而提高
3、工件表面强度、疲 劳强度和抗 应力腐蚀能力的表面强化技术。喷丸强化已广泛用于弹簧、齿轮、 链条、轴、叶片、火车轮等零部件。2. 原理喷丸处理后工件的表面硬度增加，距表面愈近，效果愈明显， 喷丸造成的工件表面硬度增加是由于表层组织加工加工硬化及残余压应力值增大的综合结果。此外，喷丸还能促使工件表层的组织发生转变，即残余奥氏体诱发转变为马氏体，并且能够细 化马氏体的亚结构， 进一步提高了工件表面硬度和耐磨性，从而延长工件的使用寿命。 现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。2 学时冶金与建筑工程系 教 案喷丸与喷砂都能对工件起到清整去污的目的，目的为下序作准备，即要保证下道工序的粗糙度要求，
4、也有的为了要表面的一致性，喷丸对工件有强化作用，喷砂就不明 显了。丸一般是球形一类没有棱角的颗粒，如钢丝切丸等；砂是指有棱角的砂粒,如棕刚玉、白刚玉、河砂等。3. 喷丸材料的选择应当指出，喷丸强化用的弹丸与清理、成型、校形用的 弹丸不同，必冶金与建筑工程系 教 案须是圆球形，不能有棱角和毛刺，否则会损伤零件表面。选择弹丸时不仅要考虑受喷零件的工艺要求，包括喷丸面预期的塑性变形深度、最大残余应力值和表面粗糙度，还要考虑喷丸设备条件和弹丸的损耗等。一般来说，黑色金属件可以用铸铁丸、 铸钢丸、钢丝 切割丸、玻璃丸和陶瓷丸，以得到较深的变 形层和较大的残余应力值，但要求获得低表面粗糙度时常采用玻璃丸。
5、有色金属如铝合金、 镁合金、钛合金和不锈钢件则需用不锈钢丸、玻璃丸和陶瓷丸。4. 喷丸设备喷丸强化所用的喷丸机有叶轮式和压缩空气式两大类，喷丸机又有干喷和湿喷之分。干喷式工作条件差，湿喷式是将弹 丸混合在液体中成悬浮状，然后喷丸，因此工作条件有所改善。喷是以压缩空气作为动力将砂料或丸料喷到材料表面；抛是将丸料以高速旋转时产生的离心力的方法，冲击材料表面，达到清除和一定的粗糙度。 冶金与建筑工程系 教 案叶轮式喷丸机的原理示意图5. 喷丸应用喷丸强化工艺适应性较广、工艺简单、操作方便；生产成本低、 经济效益好、强化效果明显。近年来，随着 计算机技术发 展，带有信息反馈监控的喷丸技术已在实际生产中
6、得到应用，使强化的质量得到了进一步提高。喷丸强化已广泛用于弹簧、齿轮、 链条、轴、叶片、火车轮等零部件；可显著提高抗弯曲疲劳、抗腐 蚀疲劳、抗 应力腐蚀疲 劳。抗微 动磨损、耐点蚀（孔蚀）能力。 、 滚压强化1.定义表面滚压技术是在一定的压力下，用辊轮、 滚球或辊轴对被加工表面进行滚压或挤压，使其发 生塑性变形，形成加工硬化层的工艺过程。一些零件的内孔挤压同样属于这一范畴。 2.特点表面滚压可以使工件表面改性层的最大深度达 5mm 以上，因此滚压强化能较大幅度提高材料表面的疲劳寿命和抗应力腐蚀能力，特别适合晶体结构为面心立方晶格的金属与合金的表面改性。热处理与滚压相结合对提高疲劳强度的效果更加显著，感应加热淬火加滚压、渗氮加滚压、碳氮共渗加滚压都具有良好的 强化效果。 滚压工艺的缺点是只能适合一些形状简单的平板类零件、轴类零件和沟槽类零件等，对于形状复 杂的零件表面就无法使用冶金与建筑工程系 教 案 任务总结：1. 喷丸强化的原理；2. 喷丸强化的应用；3. 喷丸强化的应用；布置任务：1.喷丸强化的定义、原理及喷丸的选择2.喷丸强化的应用注：各栏大小可根据需要进行调整。
