CN112011674A - 一种钢板弹簧复合喷丸强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢板弹簧复合喷丸强化方法。它包括以下步骤：一次喷丸，喷丸工艺参数为：喷丸介质选用φ1.0mm～φ1.2mm合金钢弹丸，丸粒速度75m/s～85m/s，喷丸强度大于0.50mmA，覆盖率≥100％；二次微粒喷丸，喷丸工艺参数为：喷丸介质选用φ50μm～φ100μm超细合金钢弹丸，丸粒速度120m/s，喷丸强度0.15mmA，覆盖率≥100％。本发明既保留的大粒径丸粒喷丸强化带来的残余压应力沿钢板弹簧次表层的纵深分布好处，又提高了钢板弹簧表面残余压应力水平、降低了表面粗糙度，综合提高钢板弹簧疲劳性能。
Description
技术领域
本发明属于钢板弹簧材料的表面处理技术领域，具体涉及一种钢板弹簧复合喷丸强化方法。
背景技术
汽车钢板弹簧在工作过程中承受非周期性变化的弯曲载荷，工业生产中普遍采用板面喷丸处理工艺提高钢板弹簧零件抗疲劳、抗应力腐蚀性能以延长其使用寿命。喷丸质量控制主要依靠喷丸强度、喷丸覆盖率参数，为达到喷丸强度而采用大粒径丸粒，造成钢板弹簧表面粗糙度增加的不利影响，钢板弹簧表面残余压应力也无法达到较高水平，钢板弹簧疲劳性能未能实现最大幅度的提高。
现有技术以高喷丸强度作为控制指标，常规强化喷丸或复合喷丸的第一次喷丸的喷丸介质多选用直径大于1.0mm的丸粒，其客观缺点主要表现为：
(1)、强化后的钢板弹簧表面残余压应力虽能够显著提高，但表面粗糙度较原始表面恶化，抵消了部分疲劳性能的提升空间。
(2)、大直径的丸粒可在钢板弹簧更深的次表层建立残余压应力分布，但钢板弹簧表面的残余压应力水平并不高，只有-300MPa～-600MPa，造成采用此类工艺的钢板弹簧疲劳失效表现集中为表面裂纹萌生，疲劳强度提升有限。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种钢板弹簧复合喷丸强化方法。在保证钢板弹簧次表层残余压应力大小和深度分布效应之外，还可以提高钢板弹簧表面的残余压应力、降低表面粗糙度，最大限度地提高其抗疲劳性能。
本发明采用的技术方案是：一种钢板弹簧复合喷丸强化方法，包括以下步骤：
(1)、一次喷丸，建立残余压应力在钢板弹簧次表层的纵深分布，喷丸工艺参数为：喷丸介质选用φ1.0mm～φ1.2mm合金钢弹丸，丸粒速度75m/s～85m/s，喷丸强度大于0.50mmA，覆盖率≥100％；
(2)、二次微粒喷丸，提高钢板弹簧表面的残余压应力、降低表面粗糙度，喷丸工艺参数为：喷丸介质选用φ50μm～φ100μm超细合金钢弹丸，丸粒速度120m/s，喷丸强度0.15mmA，覆盖率≥100％。
进一步地，上述步骤(1)中，所述φ1.0mm～φ1.2mm合金钢弹丸选用铸钢丸或外形等级G3的钢丝切丸。
进一步地，上述步骤(2)中，所述φ50μm～φ100μm超细合金钢弹丸选用铸钢丸、高速工具钢丸或选用外形等级G3的钢丝切丸。
通过本发明的方法进行钢板弹簧喷丸强化，其积极效果是：
既保留的大粒径丸粒喷丸强化带来的残余压应力沿钢板弹簧次表层的纵深分布好处，又提高了钢板弹簧表面残余压应力水平、降低了表面粗糙度，综合提高钢板弹簧疲劳性能。
附图说明
图1为未喷丸钢板弹簧原始表面粗糙度为Ra4.35μm示意图；
图2为常规喷丸强化后表面粗糙度为Ra4.44μm示意图；
图3为复合喷丸强化后表面粗糙度为Ra2.59μm示意图；
图4为使用iXRD型X射线应力测量仪采集常规一次喷丸强化处理和采用本发明处理的试样表面及不同层深次表层的残余压应力数据示意图；
图5为使用Amsler 10HFP422型高频疲劳试验机测试上述试样的三点弯曲疲劳强度数据示意图；
图6为复合喷丸强化后试样的次表层疲劳裂纹萌生示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1：
采用离心式抛丸设备，选用直径为1.0mm铸钢丸，控制抛丸机抛头转速使丸粒速度达到75m/s～85m/s，对厚度150mm的52CrMnBA材料钢板弹簧进行喷丸强化处理，喷丸强度0.52mmA，喷丸覆盖率达到100％以上；再采用气动式喷丸设备，选用直径为50μm的高速工具钢丸，控制喷丸设备压缩空气压力0.6MPa，对上述52CrMnBA材料钢板弹簧进行第二次喷丸强化处理，喷丸强度0.15mmA，喷丸覆盖率达到100％以上。
实施例2：
采用离心式抛丸设备，选用直径为1.0mm铸钢丸，控制抛丸机抛头转速使丸粒速度达到75m/s～85m/s，对厚度150mm的52CrMnBA材料钢板弹簧进行喷丸强化处理，喷丸强度0.52mmA，喷丸覆盖率达到100％以上；再采用气动式喷丸设备，选用直径为50μm的高速工具钢丸，控制喷丸设备压缩空气压力0.6MPa，对上述52CrMnBA材料钢板弹簧进行第二次喷丸强化处理，喷丸强度0.15mmA，喷丸覆盖率达到100％以上。
通过对未经喷丸强化处理、常规一次喷丸强化处理以及采用本发明一种钢板弹簧复合喷丸强化方法处理的52CrMnBA材料钢板弹簧试样进行表面粗糙度、表面及次表面残余压应力分布和疲劳强度的检测，确认本发明实施效果。
(1)、使用TR200手持式粗糙度仪，测量参数为Ra值。在试样表面0.8mm×5mm面积范围内进行三次重复测量，取平均值作为测量结果，对不同喷丸工艺下的试样表面粗糙度值进行对比，测得钢板弹簧原始表面粗糙度为Ra4.35μm，常规喷丸强化后表面粗糙度为Ra4.44μm，复合喷丸强化后的表面粗糙度为Ra2.59μm，表面粗糙度对比结果如图1-图3所示。
(2)、使用iXRD型X射线应力测量仪采集常规一次喷丸强化处理和采用本发明一种钢板弹簧复合喷丸强化方法处理的试样表面及不同层深次表层的残余压应力数据，测得常规喷丸强化后钢板弹簧表面残余压应力为-537MPa、次表层最大残余压应力为距表面250μm深处的-792MPa，复合喷丸强化后的钢板弹簧表面残余压应力为-917MPa、次表层最大残余压应力为距表面300μm深处的-840MPa，残余压应力分布对比结果如图4所示。
(3)、使用Amsler 10HFP422型高频疲劳试验机测试上述试样的三点弯曲疲劳强度数据，平均应力设置为520MPa，测得用应力幅值表示的未经喷丸强化的试样疲劳强度为206MPa，常规喷丸强化后试样疲劳强度为350MPa，复合喷丸强化后试样疲劳强度为440MPa，疲劳寿命分布对比结果如图5所示，复合喷丸强化后试样的次表层疲劳裂纹萌生如图6所示。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种钢板弹簧复合喷丸强化方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、一次喷丸，喷丸工艺参数为：喷丸介质选用φ1.0mm～φ1.2mm合金钢弹丸，丸粒速度75m/s～85m/s，喷丸强度大于0.50mmA，覆盖率≥100％；
(2)、二次微粒喷丸，喷丸工艺参数为：喷丸介质选用φ50μm～φ100μm超细合金钢弹丸，丸粒速度120m/s，喷丸强度0.15mmA，覆盖率≥100％。
2.根据权利要求1所述的一种钢板弹簧复合喷丸强化方法，其特征在于：上述步骤(1)中，所述φ1.0mm～φ1.2mm合金钢弹丸选用铸钢丸或外形等级G3的钢丝切丸。
3.根据权利要求1所述的一种钢板弹簧复合喷丸强化方法，其特征在于：上述步骤(2)中，所述φ50μm～φ100μm超细合金钢弹丸选用铸钢丸、高速工具钢丸或选用外形等级G3的钢丝切丸。
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