表面工程技术在汽车制造中的应用

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1、表面工程技术在汽车制造中的应用举例周金旭(太原科技大学材料科学与工程学院030024)摘要：表面工程中防锈、电镀、表面强化及改性技术、涂装是汽车工业中应用最广泛的的技术，而喷丸技术和热喷涂技术也广泛应用于汽车的零部件，利用喷丸强化和热喷涂技术来提高、改善、修复汽车关键部件的抗疲劳寿命、耐腐蚀顿、耐高温氧化、耐磨等。喷丸技术是用来提高金属零部件疲劳断裂和应力腐蚀（氢脆）断裂抗力，并在实际使用中证明效果显著的表面强化工艺[1]而热喷涂技术利用了表面强化和表面改性来改善零件表面的性能它也有一定效果。关键词：表面工程喷丸技术热喷涂技术汽车零部件制造与修复序言汽车制造业越来多仰赖喷丸强化技术来

2、和热喷涂技术改善、修复和提高汽车关键部件的抗疲劳寿命与抗腐蚀、耐高温氧化、耐磨等，并将这些因素在轿车、卡车、摩托车等设计的最初就加以充分考虑和重视。喷／抛丸强化技术和工艺热喷涂技术的应用现亦含括几乎大部分零件的设计中，包括：曲轴（去氧化皮和强化）、连杆（强化）、传动齿轮和其它轴类零件、齿圈、活塞，太阳齿和行星齿、板簧和圆簧、活塞杆、气门等大量的汽车零部件无论是铸/锻件压铸件，机械切削件，焊接件都需要不同类型的喷抛设备与热喷涂技术进行表面处理。有确凿的数据证明(早在七十年代东风汽车公司就用喷丸强化解决了气阀弹簧和变速箱1-倒挡齿轮的早期断裂问题，该工艺已成为汽车悬挂弹簧的常规工艺方法[

3、3].1975年美国P＆W公司就有2800件发动机零件采用热喷涂技术通用电气公司的一个发动机工厂热喷涂零件也有2000多个美国RR公司斯贝发动机有八种热喷涂涂层应用于近200多个零件[4]),通过喷丸强化,能让板簧的抗疲劳寿命延长600%,传动齿轮的抗疲劳寿命延长1500%,曲轴的抗疲劳寿命延长900%,毫无疑问,通过喷丸强化让抗疲劳性能和耐腐蚀性能的提高无论是对零件的使用寿命、使用安全性都意义重大。零件依赖该工艺，零件可以设计的更轻巧，一些原来因工艺规格要求不得不使用的昂贵材质的零件现在也可以被替换为价格低廉的材料，通过喷丸强化处理，达到同等甚至更好的性能标准[2].而热喷涂技术运

4、用也不乏期例，QA19-2（铝青铜）喷涂层制造或修复活塞及轴瓦等车用部件；在活塞环和铝合金气缸表面喷Mo,形成减摩工左层已形成活塞环和铝合金气缸的制造和修复和修复工艺，用3Cr13电弧喷涂层修复曲轴美国Cummins公司在汽缸内壁喷涂0.5mm厚的ZrO2和0.2mmCrO2制造成耐磨耐蚀陶瓷涂层取得良好的效果在活塞表面涂Mo基中混有NiCrSi及2-Al2O3喷涂层其寿命比镀铬环更长可靠性更高，将ZrO2喷涂在内燃机燃烧室的内壁可提高内燃机的燃烧工作温度节省燃料，简化结构等[4].一、喷丸技术1、试验方法步骤。1.1抛丸处理作为制造流程的一环节，热处理过的曲轴需要经由抛丸处理来取出

5、表面的热氧化皮。曲轴被置于旋转滚轮上，在滚动时曲轴所有表面被充分暴露在多个抛头抛射出的丸流下，多角度的丸粒冲击使曲轴外表面得以彻底清洗。1.2曲轴强化由于曲轴在交变应力下工作，曲轴截面变化转接圆角处发生应力疲劳和应变破坏的危险性极大，目前，通过喷丸强化来改变曲轴抗疲劳性能已在相当广泛的范围内应用，效果让人满意。相较于传统的滚压工艺的缺陷，即由于受曲轴加工工艺限制，各轴颈圆角很难与滚轮相吻合，往往造成圆角啃切现象，而且滚压后的曲轴变形大，效果不佳。而喷丸强化的机理是利用严格控制直径并具有一定强度的丸粒，在高速气流下，形成弹丸流，连续向曲轴金属表面喷射，犹如小锤锤击，使曲轴表面产生极为强

6、烈塑性变形，形成冷作硬化层，由于轴在加工中受各种机械的切削力加工作用，其表面，特别是曲轴截面变化转接圆角处，应力分布极为不均匀，工作中又受交变硬力作用，因此很容易产生应力腐蚀而使曲轴疲劳寿命降低，而喷丸强化工艺就是通过引入一个预压硬力来抵消零件在以后工作周期会受到拉应力，从而提高工件抗疲劳性能和安全使用使用寿命。对于喷丸处理，有两个重要参数，一个是应力强度，这通常采用“阿尔门试片”进行强度检测多个试片固定在曲轴不同表面特别是应力最集中的曲轴截面变化转接圆角处，一同进行喷丸试片上产生的压应力影响导致试片弓曲曲率的扩大变化与丸料冲的能量成比例，另一个喷丸质量的主要参数是覆盖率，所谓覆盖律

7、是指强化后表面弹坑占据的面积与强化表面的比值，该参数通常在100％~200％有些曲轴应用可能要求覆盖率大于200％根据曲轴的硬度和理想的导入压应力强度，通常曲轴喷丸强化使用的丸粒硬度在HRC50~55,大小在S280~S300(0.7~0.84mm),这样产生在阿尔门试片上的强度范围约在0.008~0.010C相较于抛丸清理，喷丸强化的工艺参数监控更为严苛，就曲轴强化应用，需要监控的参数包括:•喷丸速度•喷丸强度•丸粒直径•喷丸的间隔•强化的时间•覆盖率这