Bắn peening là một phương pháp xử lý bề mặt lạnh được sử dụng rộng rãi cho vật liệu. Nguyên lý cơ bản của nó liên quan đến việc sử dụng các hạt bắn tốc độ cao—chẳng hạn như hạt gốm, quả bóng thép hoặc hạt thủy tinh—đập vào bề mặt phôi với lực của vô số búa nhỏ, gây ra biến dạng đàn hồi-dẻo trong vật liệu. Quá trình này có tác dụng đáng kể sau trên bề mặt vật liệu:
-
1. Kết hợp ứng suất dư và độ cứng của công việc
Dưới tác động liên tục của đạn, bề mặt vật liệu bị biến dạng dẻo và phát triển một số lượng lớn các lỗ cực nhỏ. Khi các hạt không bị biến dạng bên dưới bề mặt cố gắng trở lại hình dạng ban đầu của chúng, một lớp ứng suất nén dư đồng đều hình thành trên bề mặt vật liệu. Đồng thời, bề mặt kim loại trải qua quá trình đông cứng khi gia công nguội, tăng cường đáng kể độ bền và độ cứng của bề mặt vật liệu.
-
2. Sửa đổi tổ chức vi cấu trúc bề mặt
Lớp bề mặt chịu biến dạng dẻo theo chu kỳ thông qua quá trình mài mòn bắn trải qua những thay đổi sâu sắc trong tổ chức cấu trúc vi mô của nó. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc bắn tinh sẽ tinh chỉnh đáng kể các hạt con, làm tăng đáng kể mật độ sai lệch và tăng cường độ biến dạng mạng. Hơn nữa, đối với một số hợp kim được xử lý nhiệt (ví dụ, các bánh răng được cacbon hóa và tôi), quá trình mài mòn bằng phun cũng có thể gây ra sự biến đổi austenit dư trong lớp bề mặt thành martensite, do đó tạo ra ứng suất nén bổ sung do sự giãn nở thể tích liên quan đến sự biến đổi pha này.
-
3. Tăng cường khả năng chống mỏi và chống ăn mòn
Sự hiện diện của ứng suất nén bề mặt dư có thể chống lại một cách hiệu quả ứng suất kéo gây ra bởi tải trọng xen kẽ bên ngoài, do đó ngăn cản sự hình thành và lan truyền của các nguồn vết nứt mỏi. Điều này giúp tăng cường đáng kể độ bền mỏi uốn của vật liệu, độ bền mỏi tiếp xúc và tuổi thọ mỏi tổng thể. Ngoài ra, lớp bề mặt đậm đặc và lớp ứng suất nén giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn ứng suất và oxy hóa ở nhiệt độ cao của vật liệu.
-
4. Sửa đổi hình thái bề mặt và độ nhám
Quá trình mài bóng làm cho bề mặt kim loại nhẵn ban đầu bị kết cấu, tạo ra các đỉnh và rỗ kim loại nhỏ, do đó làm tăng độ nhám bề mặt. Nói chung, khi cường độ bắn tăng lên, độ cứng bề mặt giảm và kích thước bắn tăng lên, giá trị độ nhám bề mặt cũng tăng lên. Tuy nhiên, việc mài bóng quá mức có thể gây ra sự tập trung ứng suất đáng kể ở các hố sâu hơn, điều này thực sự có thể làm suy yếu hiệu quả gia cố.
-
5. Tác động đến kích thước, hình dáng
Do biến dạng dẻo xảy ra trên bề mặt tạo ra lớp ứng suất nén, kim loại trên bề mặt được phun bị đùn ra, có khả năng gây ra sự tăng nhẹ kích thước vĩ mô của phôi.
Tóm lại, bắn mài thể hiện hiệu quả đáng kể trong việc cải thiện tính chất cơ học của vật liệu; tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, điều cần thiết là phải kiểm soát hợp lý các tham số của quy trình như cường độ phun, kích thước phun và tỷ lệ bao phủ để đạt được hiệu quả tăng cường mong muốn đồng thời tránh các hậu quả bất lợi liên quan đến độ nhám bề mặt quá mức.