可控下齒輪噴丸強化
齒輪、連桿和曲軸在工作時易產生彎曲應力導致失效；壓縮彈簧、傳動軸和扭桿等部件在工作時易產生扭轉應力而失效,采用噴丸強化可有效改善零件的抗疲勞特性。
改善零件彎曲疲勞強度
彎曲疲勞是常見的疲勞失效形式。因為零件表面正是拉應力集中的區(qū)域。拋丸/噴丸強化對于克服這一失效情況最為有效。處于彎曲載荷下的懸臂梁，彎曲變形造成其表面處于拉應力狀態(tài)，表面表層任何半徑或幾何形狀的變化都會引起拉應力的增加而其反面卻處于壓應力狀態(tài)，這是具有破壞性的疲勞載荷情形。交變應力中的拉應力部分導致疲勞裂紋的形成和延展。
1．齒輪
齒輪強化是噴丸強化中非常典型且普遍的應用。任何尺寸和形式的齒輪都可通過拋丸/噴丸強化來改善齒廓根部的彎曲疲勞屬性。輪齒的嚙合與懸臂梁情況相似，齒面接觸形成的載荷在接觸點下方的根部位置產生彎曲應力。
齒輪通常是在硬化后進行拋丸/噴丸強化。增加的表面硬度會成比例地提高壓應力水平。根據工藝參數(shù)，經滲碳和拋丸/噴丸強化后齒輪的殘余壓應力范圍可在1 170～1 600MPa。強化滲碳齒輪，通常用硬度較大的鋼丸（55～62HRC）。如果想對齒面的影響小些，可選用硬度低一點的鋼丸（45～52HRC），產生的壓應力水平將是硬度高丸料產生的50%左右。
在齒面節(jié)線附近通過錘擊、研磨、珩磨和振動光飾導入一個壓應力，是增強齒輪抗疲勞點蝕的有效方法。齒輪經表面精整處理后，能進一步降低接觸應力，但必須小心，不可蓋掉超過10%的噴丸強化層。對噴丸強化小凹痕的光整處理，可以讓接觸載荷在一個較大表面積上分布開，這樣可進一步減小接觸應力。
圖2 強化后的齒輪疲勞強度提高15%~30%
在部分齒輪加工制造中，經過可控性拋丸/噴丸強化后的齒輪，在100萬次循環(huán)作用后，疲勞強度可增加30%或更多。以下組織/規(guī)格標準證實了利用可控性噴丸強化，齒面彎曲載荷顯著增加：勞氏船級社，增加20%；挪威船級社，增加20%；ANSI/AGMA 6032-A94船用齒輪規(guī)格，增加15%。
2．連桿
連桿是發(fā)動機中傳遞動力的重要零件，它主要承受氣體壓力和往復慣性力所產生的交變載荷。因此，在設計連桿時應首先保證其具有足夠的疲勞強度和結構剛度，顯然為了增加連桿的強度和剛度不能簡單地加大結構尺寸，因為增加連桿重量會使慣性力相應增加，所以連桿設計的一個重要要求是在盡可能輕巧的結構下保證足夠的強度和剛度。連桿應力集中即最常發(fā)生失效的部位在靠近大頭孔中心兩側轉接圓角處。
以連桿疲勞安全系數(shù)為量的指標，為滿足強度和剛度設計要求，且重量輕的經濟優(yōu)化方案就是在對無論是鍛造、鑄造或粉末冶金連桿進行任何鏜孔機加工前，先進行拋丸/噴丸強化，這樣可以避免屏蔽孔穴增加的額外成本。強化前后都不需要對連桿做其他的預處理或后處理。
圖3 強化后的連桿疲勞強度大大改善
3．曲軸
通常情況下，曲軸所有的軸頸面變化轉接圓角都需要進行拋丸/噴丸強化。這其中包括軸承軸頸和曲柄銷。曲柄銷軸承圓角是應力集中的地方，應力發(fā)生在曲柄銷過渡圓角的底部，因為當發(fā)動機點火時，曲柄銷位于上止點的位置。應力分析確定了曲柄銷過渡圓角經常是裂紋的啟裂部位，且向鄰近的主軸承圓角擴展，直至造成整個曲軸的破壞性斷裂失效。
大量的試驗證明，無論是鍛造中碳鋼曲軸、鑄鋼曲軸還是球墨鑄鐵曲軸或奧貝球鐵曲軸，拋丸/噴丸強化都是提高工件抗疲勞性能和延長使用壽命的有效方法。在發(fā)動機實際運行過程中，曲軸所承受的載荷主要是彎曲／扭轉復合載荷，彎曲疲勞破壞是曲軸失效的常見形式，而在發(fā)動機輸出功率較大、曲軸承受扭矩較大的情況下，扭轉疲勞破壞則成為主要失效形式。對某柴油發(fā)動機的曲軸試片進行疲勞比較試驗，材料是Armco 17～10Ph不銹鋼。試驗結果發(fā)現(xiàn)，未經強化的曲軸和經拋丸/噴丸強化的曲軸，在經過10億次的交變應力載荷作用后，測得的疲勞強度分別為293MPa和386MPa，這說明經過拋丸/噴丸強化，曲軸的疲勞強度提高了約30%。
改善零件扭轉疲勞強度
扭轉疲勞也是一種可通過拋丸/噴丸強化來有效克服的失效形式，因為其拉應力集中在工件表面。扭轉載荷產生的應力可在水平方向也可以在垂直方向，而拉應力則發(fā)生在與零件水平軸成45°的方向。
低強度材料則容易在垂直剪切面處由于扭轉疲勞而發(fā)生失效斷裂。因為它們對于剪切力的承受性弱于對拉伸力的承受性。高強度材料則最容易在與工件水平軸成45°的方向發(fā)生失效斷裂，因為它們對于拉伸力的承受性弱于對剪切力的承受性。
1.壓縮彈簧
壓縮彈簧受高交變載荷作用且應力多發(fā)生在彈簧材料的表層，所以拋丸/噴丸強化也是提高壓縮彈簧疲勞強度的理想工藝。彈簧材料在軋制、拉拔、卷制和壓縮過程中造成拉應力。除了服役后處于高交變載荷的工況條件，卷制工藝本身會使彈簧內圈形成破壞性的拉應力。拋丸/噴丸強化導入一個反作用的壓應力，使表面轉變成殘余壓力層，強度約1 035MPa。這是彈簧極限拉伸強度（UTS）的60%，其結果實現(xiàn)了彈簧疲勞壽命延長到50萬次載荷作用次數(shù)，而不發(fā)生失效。
除壓簧外，拋丸/噴丸強化同樣適用于其他彈簧如拉簧、扭簧、懸架彈簧和板簧等的強化加工。疲勞失效點通常發(fā)生在殘余拉應力和承受的交變載荷應力集中作用的地方，所以不同彈簧的強化部位有所不同。
2．傳動軸
傳動軸是通過旋轉來進行動力傳動的，因此在其旋轉構件上就會產生拉力載荷。由于絕大多數(shù)的傳動軸都是大載荷承力構件，所以是拋丸/噴丸強化的適用對象。傳動軸通常發(fā)生失效的部位在花鍵、切口、圓角和鍵槽處。
3．扭桿
扭桿和橫向推力桿是用于懸架和其他相關系統(tǒng)的構件。通過扭桿的扭轉變形達到緩沖作用來維持平穩(wěn)性。當用于如汽車懸架系統(tǒng)等承受重復交變載荷的部件，拋丸/噴丸強化能實現(xiàn)零件輕量化且服役壽命更長。
汽車工業(yè)為達到輕量化的目的，使用的是空心扭桿。拋丸/噴丸強化施用在載荷應力集中的扭桿外圈。對于重型車輛（如重載卡車、賽車等），裂紋還會發(fā)生在扭桿內圈，這里也受到扭力載荷作用。
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