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传统喷丸通过对材料表面强化可提高零部件的疲劳寿命,应用领域广泛。然而表面损伤程度大,对于要求表面产生硬化层却不影响表面粗糙度的零构件难以实现高效强化处理,而且对结构复杂的构件进行表面强化存在困难。由课题组研制的国内第一台空化水喷丸试验设备,根据空化与空蚀机理,通过气泡在表面产生空蚀效应使其产生均布的残余压应力层,表面损伤程度小。空化水喷丸技术弥补了传统喷丸的缺点,可谓是绿色喷丸强化技术。本文采用上述空化水喷丸设备对20Cr和50Mn两种材料进行不同时间空化水喷丸处理。利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和残余应力测定装置等设备对不同喷丸时间下的试样进行分析,并对不同工艺参数的试样进行接触疲劳强度测试与分析,研究空化水喷丸对两种材料接触疲劳性能的影响。研究结果表明,20Cr和50Mn表面经不同水喷丸时间处理出现不同程度的空蚀坑,随时间增加程度增大。水喷丸120min出现相连的蚀坑,表层采用SEM观察出现深度约15μm的缺陷。对50Mn进行60min处理,表面形貌与20Cr相同工艺下的相似。20Cr不同喷丸时间下的试样表面显微硬度相比未喷丸有明显的提高,随着时间的增加,表面硬度增大,而时间过长硬度反而降低。水喷丸90min的硬度增幅达到最大值,120min硬度开始略有下降。另外表层硬度测试结果表明,硬化层深度约为20-40μm。50Mn经60min处理后表面和表层硬度也有所增加。结合形貌和硬度分析,说明水喷丸120min时空化气泡溃灭所致的表面破坏程度达到20Cr所能承受的饱和度。综合分析,空化水喷丸90min对于20Cr是最佳喷丸时间。20Cr表面经水喷丸处理后得到了相对未喷丸较高的残余压应力,X、Y两方向的残余压应力差值比未喷丸的小。说明喷丸效果很明显,并且表面残余压应力分布均匀。在接触疲劳试验中,空化水喷丸后的试样疲劳寿命高于未喷丸的试样寿命,且随着水喷丸时间的增加而增大,再次表明空化水喷丸有较好的强化特性。