噴丸強(qiáng)化技術(shù)是一種材料表面機(jī)械冷加工方法，借助高速運(yùn)動彈丸流或高能沖擊波撞擊材料的表面，使材料表層發(fā)生彈塑性變形，呈現(xiàn)較好的表面完整性，從而提高材料的抗疲勞強(qiáng)度、微動疲勞抗力及損傷容限性能的一種表面強(qiáng)化方法。在航空工業(yè)中，航空零件的表面完整性直接影響其使用性能和服役能力，特別是零件的疲勞使用性能。噴丸強(qiáng)化技術(shù)通過改變材料表面完整性顯著提高各類航空零部件的疲勞性能，且具有成本低、適應(yīng)性強(qiáng)和操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前，我國在控制零件表面質(zhì)量方面主要是測定表面粗糙度及檢測表面缺陷，還沒有建立完善的表面完整性設(shè)計(jì)及檢測體系，通過噴丸強(qiáng)化技術(shù)調(diào)控表面完整性是提高航空零件質(zhì)量可靠性的重要手段。

飛機(jī)部件數(shù)控噴丸強(qiáng)化設(shè)備

航天軍工裝備噴砂房系統(tǒng)

航天軍工裝備自動噴砂房系統(tǒng)

       噴丸強(qiáng)化在材料表層引入殘余應(yīng)力場，其中靠近受噴材料表面一側(cè)呈現(xiàn)為殘余壓應(yīng)力，板材單面噴丸強(qiáng)化后的表層殘余應(yīng)力分布特征曲線如圖 1 所示。普遍認(rèn)為殘余壓應(yīng)力是提高工程材料抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能的重要強(qiáng)化機(jī)制，而且殘余壓應(yīng)力值大小、壓應(yīng)力層深度對工件疲勞強(qiáng)度或壽命影響顯著。因此，如何實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力分布特征的調(diào)控是該領(lǐng)域重要研究內(nèi)容之一。

圖1  噴丸強(qiáng)化殘余應(yīng)力層沿深度分布特征曲線

       殘余應(yīng)力分布特征曲線包括 5個主要特征參數(shù)：表面殘余應(yīng)力值、殘余壓應(yīng)力深度、最大殘余壓應(yīng)力及其位置、最大殘余拉應(yīng)力。彈丸撞擊材料表面時，通常與材料表面產(chǎn)生近似的赫茲接觸，形成的最大彈性應(yīng)力出現(xiàn)在材料次表面，所以通常噴丸強(qiáng)化最大殘余壓應(yīng)力位于次表面。在某些情況下，殘余應(yīng)力分布特征發(fā)生變化，例如噴丸強(qiáng)化采用低密度的玻璃彈丸介質(zhì)時，由于入射動能小，其噴丸強(qiáng)化鈦合金和鋁合金的最大殘余壓應(yīng)力值出現(xiàn)在表面。當(dāng)噴丸強(qiáng)化工藝為濕式噴丸強(qiáng)化時，硬質(zhì)合金或鈦合金也會出現(xiàn)表面殘余壓應(yīng)力值最大的現(xiàn)象，因?yàn)闈袷絿娡鑿?qiáng)度一般相對較低（為干噴丸強(qiáng)度的1/3~1/4），且陶瓷丸介質(zhì)密度相對較小，但隨著噴丸強(qiáng)度或覆蓋率提高，最大殘余壓應(yīng)力逐漸向次表面轉(zhuǎn)移。激光噴丸強(qiáng)化工藝，最大殘余壓應(yīng)力值通常出現(xiàn)在表面，因?yàn)榧す鈬娡钑r金屬表面的吸收層吸收激光能量后氣化產(chǎn)生高溫高壓的等離子體，等離子體發(fā)生爆炸產(chǎn)生沖擊波作用于材料表面，沒有形成赫茲接觸；高壓空化水射流噴丸，其形成的最大殘余壓應(yīng)力也出現(xiàn)在受噴材料表面