168体育最新网站

【摘 要】喷丸强化是*种以小而硬的弹丸连续高速撞击金属零件表面而进行的*种特殊加工方法，零件通过喷丸可以大大提高材料的疲劳性能和抵抗应力腐蚀的能力。针对某型飞机上的喷丸强化零件，选取材料牌号为16Co14Ni10Cr2Mo 高强度钢为研究对象，对两种厚度的试样进行不同喷丸强度的喷丸强化，对不同喷丸强度的试样进行疲劳寿命和残余应力场对比分析。本文由 抛丸机 整理
关键词：喷丸强化；喷丸强度；疲劳寿命；残余应力

1 前言
喷丸强化是*种以小而硬的金属弹丸连续高速撞击金属零件表面而进行加工的*种方法，它使受喷零件表层产生强烈的塑性形变，细化了表层金属的组织结构，并在表层中导致压缩应力。
喷丸可以大大的改善各种金属材料的疲劳性能和抵抗应力腐蚀的能力。表层中的压缩应力还可以抵消由机械加工，如车削、铣削和磨削、焊接、电加工等工艺过程在零件表面产生的拉应力，提高了零件的表面完整性。它还可以抵消零件上的转角、凹槽和孔边区域等拉应力集中处的拉应力，延缓了因拉应力而产生的疲劳断裂，提高零件的使用寿命。
合理的喷丸强度可以提高零件的抗应力腐蚀能力，同时可以提高零件的疲劳寿命。*般来讲，金属材料的疲劳强度和抗应力腐蚀性能并不是*直随着喷丸强度的提高而增高，而是存在着*个较佳的喷丸强度，只有在此喷丸强度下零件才能获得较好的性能。
高强度钢是飞机重要受力件（如起落架、平尾大轴、承力框架等）必选的材料。对于抗拉强度大于 1240MPa 的钢制零件，美军标规定零件全部表面必须喷丸，以进*步提高和改善零件的疲劳性能。16Co14Ni10Cr2MoAF1410）钢，抗拉强度大于 1620MPa，用于制造某机平尾大轴零件。本论文选取该材料为研究对象，通过比较系统的试验，确定较合理的喷丸强度。

2 材料
2.1 化学成分
16Co14Ni10Cr2Mo（AF1410）钢为超高强度钢。它是由抚顺特钢厂提供，炉批号为 3H210249，化学成分，如表 1 所示。
表 1 16Co14Ni10Cr2Mo 钢的化学成分（%）

2.2 热处理规范
为了模仿实际零件的热处理状态，对 16Co14Ni10Cr2Mo 钢试样进行与实际零件的热处理完全相同规范，热处理规范如下：
（1）真空正火：900℃保温 150min；
（2）高温回火：650℃保温 10h；
（3）氮基气氛保护炉淬火：860℃保温 80min；
（4）回火：510℃保温 300min。
2.3 力学性能
在室温下进行拉伸试验，试验结果，如表 2 所示。
表 2 16Co14Ni10Cr2Mo 钢的拉伸性能

3 喷丸强化参数
参照民机工艺规范中对高强度钢材料的喷丸强化工艺的规定，结合公司生产实际情况，我们对两种厚度尺寸的试片进行三种强度的喷丸试验。试样厚度为 6mm、12mm，喷丸强度分别为0.2mmA、0.3mmA、0.4mmA，覆盖率≥100%，弹丸型号 ASH280，喷丸设备 PRTRAT-4SM-G7。实际喷丸强化工艺参数，如表 3 所示。
表 3 实际喷丸强度

4 疲劳性能试验
在喷丸过程中，材料的表面层由于剧烈的塑性形变而形成—表面硬化层，从应力状态上看，强化层内形成残余压应力；从组织结构上看，晶粒发生细化，位错密度增高。这些变化显著地提高了材料的疲劳性能。为了检验喷丸强化对疲劳性能的影响和确定优化的喷丸强化工艺，对试样表面强化处理后进行了同*应力水平下（1500MPa）的疲劳寿命对比。
4.1 试片规格
为了考核表面强化的效果，采用三点弯曲疲劳试验来验证。本次针对两种厚度的试样进行试验研究。三点弯曲光滑疲劳试样的尺寸为 150mm×25mm×6mm（12mm）。
4.2 疲劳试验参数
试验机：EG250KN 应力：1500Mpa
应力比：R=0.1 试验频率：10Hz
4.3 试验结果
在 1500MPa 应力水平下疲劳寿命对比试验结果，如表 4 所示。
表 4 疲劳寿命对比试验（循环次数）

从表 3 中可以看出：试样在喷丸强化后的疲劳寿命比未喷丸的疲劳寿命都有所提高，较大达到 50%。两种厚度的试样都在喷丸强度为 0.2mmA 时，疲劳寿命提高较大。厚度为 6mm 的试样疲劳寿命提高 1 倍，厚度为 12mm 的试样疲劳寿命提高 1.6 倍。
5 残余应力试验
常温下表面强化的主要强化机制是使表面层产生*定深度的残余压应力。残余应力对机械构件的性能产生重要影响，在制造过程中残余应力是产生变形和开裂等工艺缺陷的主要原因；而在加工以后，残余应力则影响构件的静强度、疲劳强度、抗应力腐蚀开裂能力及形状尺寸的稳定性等。
表面应力以及表面层的残余应力场是影响疲劳强度的重要因素之*，在所有情况下，残余拉应力降低材料的疲劳强度，而残余压应力提高材料的疲劳强度。用 X 射线应力测量仪和盐蚀逐次去层法可以测定出残余应力在表层内的分布。
5.1 试样规格
残余应力试样为：（25×25×6）mm。
5.2 试验参数
残余应力在日本理学电机产 MSF-2MX 射线应力测量仪上进行测定分析试验数据，可以总结出不同喷丸强度下的残余应力特征参数，即表面残余应力、较大残余应力、较大残余应力距表面的深度。三种喷丸强度所产生的残余应力场特征基本相似：三种喷丸强度产生的压应力场的深度相近，表面残余压应力相近，应力场分布趋势相近。但是喷丸强度为0.2mmA的表面残余应力较大，喷丸强度为 0.4mmA 的较大残余应力值较大。表面残余压应力值和强化层内较高残余压应力值取决于喷丸强度，喷丸强度越高，较高残余压应力的位置距表面越深。

6 结论
通过对 16Co14Ni10Cr2Mo（AF1410）高强度钢喷丸强化处理的试验研究证明：（1）对于高强度钢材料，喷丸强化工艺可以提高材料表面产生残余压应力，提高材料的疲劳寿命。（2）根据不同喷丸强度的疲劳寿命、残余应力对比，对于高强度钢材料，较佳的喷丸强度为 0.2mmA 时，表面残余压应力较大，疲劳寿命提高得较多。（3）在确定材料喷丸强度时，在考虑疲劳性能、表面残余应力等方面问题时，还应该考虑喷丸对材料表面粗糙度的影响，选择合适的弹丸或合适的处理方法。本文由 抛丸机 整理