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超声表面强化技术的研究进展

郑建新;罗傲梅;刘传绍

【摘要】Thebasicprinciples,technicalcharacteristicsanddevelopmentof

severalultrasonicsurfaceenhancementtechnologiesthatarewell-

developedatpresentareintroduced,whichincludeultrasonicshot

penning,ultrasonicextrusion,ultrasonicsurfacerollingandultrasonic

vibrationpulseelectro-dischargemachining.Problemstoberesolvedfor

theseultrasonicsurfaceenhancementtechniquesarepointedout,andthe

developingtrendofultrasonicsurfaceenhancementtechniqueisput

forward.%介绍了目前发展较为成熟的几种超声表面强化技术,如超声喷丸、超声

挤压、超声滚压和超声振动辅助电火花脉冲放电等的基本原理、技术特点和研究进

展,指出了各类超声表面强化技术研究中尚待解决的问题,并提出了超声表面强化技

术的发展趋势.

【期刊名称】《制造技术与机床》

【年(卷),期】2012(000)010

【总页数】5页(P32-36)

【关键词】超声表面强化;超声喷丸;超声挤压;超声滚压;超声振动辅助电火花脉冲放

电

【作者】郑建新;罗傲梅;刘传绍

【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454003;河南理工大学

机械与动力工程学院,河南焦作454003;河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦

作454003

【正文语种】中文

【中图分类】TB559;TH113

磨损、腐蚀和疲劳是机械零件失效的主要形式。各类机械装备中承受动载荷的重要

承力件因磨损、腐蚀和疲劳而造成设备寿命短、能耗高，由此每年给我国带来上千

亿元的经济损失［1］。采用表面强化技术，可使零件表层产生残余压应力、冷作

硬化并减小表面粗糙度值，进而提高零件的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度，已在航

空、汽车工业和矿山机械等诸多领域得到广泛应用。

表面强化技术是采用机械加工、化学热处理和表面涂覆等工艺对零部件表面进行处

理，使零部件表面获得与基体材料不同的组织结构和性能。按强化原理主要分为化

学热处理、表面涂覆处理和表面形变强化等几大类。在各类里面又可以根据工艺特

点、物理现象等的不同分为很多具体的工艺技术形式，如表面形变强化又可分为喷

丸、滚压和内孔挤压等［2］。

随着超声加工技术的发展，将超声频振动引入到表面强化工艺中，即进行超声表面

强化，已成为表面强化技术发展的新方向。超声表面强化技术是在传统的表面强化

工艺基础上施加超声频振动，实现超声加工技术和传统表面强化技术的优势互补，

达到优良的强化效果，并提高了效率。超声表面强化技术较好地解决了部分机器零

部件的磨损、腐蚀和疲劳难题，特别是在低刚度零件如薄壁/薄板零件和细长轴的

表面强化方面，取得了很好的应用效果。

超声表面强化技术种类多、应用广，本文简要介绍几种比较成熟的超声表面强化工

艺的研究进展，包括超声喷丸、超声挤压、超声滚压和超声振动辅助电火花脉冲放

电等。

1超声喷丸

超声喷丸（UltrasonicShotPenning）是利用超声波的高频冲击载荷对金属表面

进行高速重复冲击，在金属表面产生较深的残余压应力层和硬化层，进而明显提高

金属零件的强度、耐腐蚀性和疲劳寿命。

喷丸可追溯到1927年Herbert发表的《钢的表面强化》，我国于上世纪50年代

引入喷丸技术。喷丸撞击动能有限，产生残余压应力层的深度较浅，且喷丸通常会

增大零件的表面粗糙度值，超声喷丸则克服了这些缺陷。超声喷丸技术可以产生更

大、更深的残余压应力层，且操作方便，无污染，主要应用于航空航天、国防工业、

汽车制造业和核电厂等，特别适合于对蒙皮较厚的焊接机身整体壁板的喷丸校形，

如空客公司采用超声喷丸对焊接机身壁板实现了喷丸校形［3］。

张新华等人［4］对7075－T651铝合金进行超声喷丸处理，发现处理后材料表面

粗糙度值仅为普通喷丸后的35.5%，而最大残余压应力增大了31.9%，表