借助表面冷變形實現(xiàn)材料表面強(qiáng)化的本質(zhì)在于冷變形造成材料表層組織結(jié)構(gòu)的變化、引入殘余壓應(yīng)力以及表面形貌的變化。 

　　1、噴丸使材料表面性能改善 

　　強(qiáng)化噴丸過程中，當(dāng)微小球形鋼丸高速撞擊受噴工件表面時，使工件表層材料產(chǎn)生彈、塑性變形，撞擊處因塑性形變而產(chǎn)生一壓坑，撞擊導(dǎo)致壓坑附近的表面材料發(fā)生徑向延伸。當(dāng)越來越多的鋼丸撞擊到受噴工件表面時，工件表面越來越多的部分因吸收高速運(yùn)動鋼丸的動能而產(chǎn)生塑性流變，使表面材料因塑性變化而產(chǎn)生的徑向延伸區(qū)域越來越大，發(fā)生塑性形變的表面逐步連接成片，則使工件表面逐步形成一層均勻的塑性變形層。塑性變形層形成后，繼續(xù)噴丸會使塑變層因繼續(xù)延伸而厚度逐步變薄，同時塑變層的徑向延伸會因受到鄰近區(qū)域的限制而導(dǎo)致重疊部分發(fā)生破壞，最終塑變層因持續(xù)的噴丸而剝落。所以必須對噴丸的時間加以嚴(yán)格的控制。 

　　2、噴丸對滲碳齒輪表層殘余應(yīng)力的影響 

　　關(guān)于噴丸使工件表面形成殘余應(yīng)力的原因，根據(jù)Al-Obaid等人的觀點：當(dāng)高速鋼丸撞擊到試樣表面,撞擊處產(chǎn)生塑性變形而殘余一壓坑,當(dāng)越來越多的鋼丸撞擊到試樣表面時,則會在試樣表層產(chǎn)生一層均勻的塑變層,由于塑性變形層的體積膨脹會受到來自未塑性變形近鄰區(qū)域的限制,因此整個塑變層受到一壓應(yīng)力。 

　　由于殘余壓應(yīng)力及其分布對齒輪疲勞壽命有較大的影響,而噴丸強(qiáng)化工藝的優(yōu)劣將直接影響殘余應(yīng)力大小及其分布。因此準(zhǔn)確測定受噴零件的表層殘余應(yīng)力對于評價噴丸工藝的優(yōu)劣是一個行之有效的手段。 

　　3、噴丸對零件表面粗糙度的影響 

　　強(qiáng)化噴丸會引起零件受噴表面的塑性變形，使零件的表面粗糙度發(fā)生變化。表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，又稱為微觀不平度。表面粗糙度和表面波度、形狀誤差一樣，都屬于零件的幾何形狀誤差，表面粗糙度對于機(jī)器零件的使用性能有著重要的影響。噴丸對材料表面粗糙度的影響通常在Ra0.6～20mm范圍內(nèi)。在不改變工藝參數(shù)的條件下，材料原始表面粗糙度愈高，噴丸后的Ra值愈大。生產(chǎn)實踐證明，一般情況下，噴前表面粗糙度在6.3mm以下，噴丸可以提高或維持原表面粗糙度，如果原表面粗糙度在6.3mm以上，則噴丸后表面粗糙度有所降低。在生產(chǎn)實踐中，要想獲得較理想的噴丸表面，應(yīng)從以下幾個方面著手：提供較好的原始表面，Ra值應(yīng)在6.3mm以下；選擇合理的鋼丸直徑和噴丸壓力；在大直徑鋼丸噴丸強(qiáng)化后，采用較小鋼丸低壓力(不能改變噴丸強(qiáng)度值)覆蓋一次，可達(dá)到較好的表面粗糙度。 

　　噴丸后的零件表面應(yīng)輕微打磨，打磨時要控制表面金屬去除量。這樣，既不損害噴丸的強(qiáng)化效果，又可改善表面粗糙度。當(dāng)然，這是一個多因素問題,不論采用什么方法，必須同時考慮其他因素的影響。 

　　工藝參數(shù)對噴丸效果的影響 

　　對噴丸質(zhì)量有影響的主要有以下幾個方面：鋼丸材料、鋼丸直徑、鋼丸速度、鋼丸流量、噴射角度、噴射距離、噴射時間、覆蓋率等。其中任何一個參數(shù)的變化都會不同程度地影響噴丸強(qiáng)化的效果。 

　　1、鋼丸的材料、硬度、尺寸及粒度對噴丸效果的影響 

　　鑄鐵丸和鑄鋼丸通常用于硬齒面齒輪的噴丸。鑄鐵丸的缺點是韌性較低，在噴丸過程中易于破碎、耗損量大，對破碎的鋼丸要及時分離，否則會影響受噴表面質(zhì)量。但鑄鐵丸的優(yōu)點是價格便宜、硬度高，可以使受噴表面產(chǎn)生較高的殘余壓應(yīng)力。鑄鋼丸與鑄鐵丸相比，其優(yōu)點是不易破碎，對受噴表面幾何形貌有利。但鑄鋼丸硬度較鑄鐵丸低，在其他條件相同時，受噴表面的殘余壓應(yīng)力低于鑄鐵丸。 

　　對于受噴工件而言，鋼丸質(zhì)量和鋼丸速度決定了噴丸強(qiáng)化效果的穩(wěn)定性。其中，鋼丸質(zhì)量對噴丸強(qiáng)化效果影響甚大，一般規(guī)律是：鋼丸直徑小，工件表面殘余應(yīng)力較高，但強(qiáng)化層較淺；鋼丸直徑大，工件表面殘余應(yīng)力較低，但強(qiáng)化層較深；鋼丸硬度高，噴丸強(qiáng)度也高；鋼丸直徑增加，噴丸強(qiáng)度也增加；鋼丸速度增加，噴丸強(qiáng)度、表面壓應(yīng)力和強(qiáng)化層深三者均增加。 

　　合理的選擇控制噴丸參數(shù)，才能獲得良好的噴丸效果。 

　　通常情況下，鋼丸的直徑受到所噴零件的影響，鋼丸的直徑一般不應(yīng)大于齒輪過渡區(qū)圓角直徑的一半。過大的鋼丸不能噴及齒輪圓角處。當(dāng)對表面粗糙度有要求時，應(yīng)盡量選用較小的鋼丸。為了達(dá)到覆蓋率要求所需的噴丸時間將隨著鋼丸尺寸的加大而迅速增加，小鋼丸可以較快地達(dá)到覆蓋率的要求。因此，鋼丸的直徑不宜選得過大，我公司根據(jù)實際情況，選用直徑為φ0.6mm、φ0.8mm的鋼丸，獲得的效果比較理想。 

　　同時鋼丸的材料也非常重要，國家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對鋼丸的金相組織、化學(xué)成分、最小密度、硬度偏差范圍給出嚴(yán)格的規(guī)范。合格材料的鋼丸都應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量，保證球面形狀尺寸均勻，保證充足的鋼丸數(shù)量。鋼丸量的減少，相應(yīng)噴丸強(qiáng)度也會降低。所以必須在一定間隔時間內(nèi)檢查鋼丸，及時去除不合格的鋼丸，調(diào)換和增加一定量的鋼丸。否則，畸形鋼丸的棱角容易使受噴零件表面產(chǎn)生微裂紋而造成疲勞源。一般應(yīng)保證合格鋼丸的數(shù)量不少于80％。合格鋼丸的含量一般選用不同規(guī)格的篩網(wǎng)加以控制。
鋼丸硬度的選擇應(yīng)考慮工件材料的硬度。當(dāng)鋼丸的硬度非常接近齒輪材料的硬度時，最大壓應(yīng)力與壓縮深度將不受鋼丸硬度的影響。因此，選擇鋼丸時，應(yīng)使鋼丸的硬度大于或等于齒輪噴丸表面的硬度。對滲碳齒輪，最好選用硬度為55～65HRC的鋼丸，以得到滿意的壓應(yīng)力效果。 

　　2、鋼丸的流量、速度、噴射角度對噴丸效果的影響 

　　拋頭是由變頻電機(jī)直接驅(qū)動的，通過改變電機(jī)的頻率可以改變拋頭的轉(zhuǎn)速。鋼丸在離心力的作用下從葉輪軸上的孔溢出到葉片上，再由高速轉(zhuǎn)動的葉片沿固定角度拋出，葉輪的轉(zhuǎn)速決定了鋼丸拋出的初速度。電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速是3000r/min。

由于拋頭轉(zhuǎn)動起來以后，鋼丸會源源不斷地拋出，因此進(jìn)入拋頭葉輪軸的鋼丸流量必須能保證拋頭有充足的鋼丸供給，這就要求經(jīng)常補(bǔ)充噴丸機(jī)鋼丸回收系統(tǒng)中的鋼丸存量，更重要的是通過調(diào)節(jié)丸料控制閥的開口大小來調(diào)整經(jīng)過丸料控制閥進(jìn)入拋頭的鋼丸流量。噴丸機(jī)的鋼丸的輸入量一經(jīng)調(diào)好后就固定不變了，在正常使用中改變鋼丸流量是通過調(diào)節(jié)拋頭的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，即在鋼丸輸入量不變的情況下提高葉輪轉(zhuǎn)速，則單位時間內(nèi)拋出的鋼丸流量就大，反之亦然。在噴丸機(jī)上，每個拋頭都有一個安培表與之相連，用來顯示鋼丸的流量。當(dāng)噴丸質(zhì)量達(dá)不到技術(shù)要求時，需調(diào)整電機(jī)頻率，調(diào)整就是通過安培表顯示的讀數(shù)來確定調(diào)整到何種程度的。安培表的讀數(shù)范圍是0～30A。 

　　結(jié)論 

　　在噴丸過程中，材料表層承受鋼丸的劇烈沖擊產(chǎn)生形變硬化層，這將導(dǎo)致兩種效果：一是組織上造成亞晶細(xì)化，位錯密度增加，晶格畸變加劇；二是引入高的宏觀殘余壓應(yīng)力。此外，由于鋼丸沖擊使表面粗糙度有所增加，會使切削加工時產(chǎn)生的尖銳刀痕趨于圓滑。這些變化將明顯地提高材料的疲勞抗力和應(yīng)力腐蝕抗力，從而明顯地提高齒輪的壽命。