钛合金喷丸强化影响因素分析研究.pdf

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1、钛合金喷丸强化影响因素分析研究ResearchonInnuencingFactorofShotPeeningofTitaniumAlloyPart中航工业北京航空制造工程研究所尚建勤【摘要】挖掘喷丸强化及其主要影响因素内涵，剖析钛合金零构件喷丸强化问题，明确钛合金零构件，尤其是薄壁钛合金零构件喷丸强化突出问题的基本解决途径。关键词：钛合金喷丸强化缺口敏感性表面氧化零件壁厚【ABSTRACTlThemaininnuencingfactorsandti—taniumalloypart’sproblemsof

2、shotpeeningareanalysed．ThesolVingapproachofshotpeeningoftitaniumalloyparts，especiallythin-wanedpans，areascertained．KeywOrds：TitaniumalloyShotpeeningNOtchsensmvitySurfaceoxidationWaUthiclmessofpart表面改性日益成为金属加工领域人们的一种自觉意识，一方面它可以在不改变材料、尺寸及重量前提下改善金属材料使用性能；另一

3、方面在确保金属零构件使用性能的前提下，它可以减小结构尺寸、降低结构重量甚至材料等级等。喷丸强化是金属材料表面改性重要而经济的手段之一。作为一种重要金属材料，钛合金应用领域持续扩大，喷丸强化在钛合金中的应用也在不断深入。随着新材料、新结构的一再推出，有关钛合金零构喷丸强化的新的情况和问题也随之出现。在某些种类钛合金零构件上应用效果良好的喷丸强化工艺，而在另外一些种类钛合金零构上应用效果却大打折扣，甚至产生负效应，直接影响钛合金零构件使用性能提高和喷丸强化效能的发挥，因此人们迫切希望尽早认识和解决其中的问题

4、。无疑，紧密结合钛合金材料及其零构件具体特点，深入分析研究喷丸强化工艺及其影响因素，将有助于认识和解决上述钛合金零构件喷丸强化问题。1喷丸强化及其机理喷丸强化是利用高速弹丸流对金属零构件表面持续撞击，使其表面产生塑性变形层和纤维组织变化，同时又受到材料本身的约束，导致金属零构件表层残余压应力场，由此可以提高金属零构件的疲劳寿命和耐腐蚀性等使用性能。与其他强化工艺相比，喷丸强化效果佳、成本低，零构件几乎不受设备的限制，而且周期短。喷丸强化金属表层残余压应力场是与其内部弹性拉应力场相互作用和平衡的结果。两者

5、共生共灭，没有表层残余压应力场便不存在内部弹性拉应力场，消除表层残余压应力场则意味着内部弹性拉应力场的消失。喷丸强度是喷丸强化的重要概念之一，表征喷丸强化程度大小。喷丸强度大小以阿尔门试片为对象由标准的固定方式、喷丸方法、弧高仪及弧高直一时间曲线确定，单位为mm或in。喷丸强度对应的覆盖率为100％，此时的喷丸强化、喷丸时间、弧高直一时间曲线及其对应点分别被称为饱和喷丸、饱和喷丸时间、饱和曲线及饱和点。获得甩×100％覆盖率的方法是，保持其他喷丸强化参数不变而仅改变喷丸时间为玎×饱和喷丸时间。确定的喷丸

6、强度，可以对应若干组喷丸强化参数组合。喷丸强化属于喷丸工艺。喷丸工艺分类方法较多。按用途分为喷丸清理、喷丸成形、喷丸校形、喷丸强化；按弹丸干湿程度分为干喷丸和湿喷丸；按弹丸获得速度的方式分为气动式、离心式、旋片式、自由落体式等；弹丸材料种类分为：铸铁丸、铸钢丸、陶瓷丸、玻璃丸等。喷丸强化的方式、特点、要求、工艺及其参数等与喷丸清理、喷丸成形及喷丸校形之间既有联系又有区别；例如喷丸成形以获得金属零构件外型为目的，通常不限定覆盖率大小，喷丸强化通过获得表层压应力场以提高金属零构件使用性能为目的，同时尽可能保

7、持零构件外型少变或不变，一般要求覆盖率不小于100％。喷丸强化是传统工艺，同时在长期应用实践活动中伴随人类文明进步的步伐，共享人类技术进步的发展成果，不断改进与完善，因此又是现代先进工艺，未来仍将在广泛地应用中不断发展进步。2喷丸强化影响因素影响喷丸强化的工艺因素较多，各工艺因素之间相互作用，互为影响，直接或间接地影响着最终喷丸强化效果。喷丸强化工艺因素包括：设备型号、干／湿喷丸、弹丸速度、弹丸规格、弹丸流量、喷射距离、喷射角、喷丸时间、覆盖率、零构件壁厚、强化方式、强化轨迹、强化顺序2013年第16期

8、·航空制造技术157等。下面选择部分主要喷丸强化工艺因素，分析研究其对喷丸强化的影响。2．1弹丸规格弹丸规格涉及弹丸材料、弹丸状态、弹丸形状、弹丸大小等。喷丸强化所使用的弹丸材料包括铸铁丸、铸钢丸、切割钢丝丸、陶瓷丸、玻璃丸等。弹丸状态主要是指金属弹丸的热处理状态及其所达到的硬度。弹丸材料及其状态的选择因喷丸强化零构件的材料、壁厚、强化要求等不同而有所区别，直接影响零构件喷丸强化效果。不同的弹丸材料对确定零构件喷丸强化时效果差别显著，一是所