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摘要：采用X射线衍射残余应力分析和衍射峰半高宽研究喷丸残余压应力和塑性变形对7150铝合金薄壁试样弯曲形变的影响。结果表明：喷丸时间o～60s时，由于喷丸残余应力的引入和塑性变形的累积，试样弯曲形变速率较大，对于喷射压力为0．05MPa的试样，其值可达10．3／,m／s；喷丸时间超过60s后，残余压应力场饱和，试样形变主要依靠喷丸表面的塑性变形，而试样弯曲形变速率降低到1．3t~m／s。增大喷射压力将使试样的弯曲形变速率和相对弯曲形变总量增大。本文由抛丸机厂家 整理
关键词：715O铝合金；喷丸处理；残余压应力；塑性变形；弯曲形变

A1一Zn—Mg—Cu系铝合金因比强度高、密度小以及力学性能优良而作为结构材料被广泛应用于航空航天、交通运输和其他工业部门]。随着航空航天领域对材料提出的更高要求，在具有较高强度的同时材料应有较好的韧度和耐腐蚀性能I3“]。7150合金是美国铝业公司于2O世纪70年代开发的一种超高强铝合金，被广泛应用于航空领域，如7150合金板材和挤压材大量用于飞机框架、舱壁等结构件I6_。
在国内，大型整体薄壁零件的数控加工变形问题已经成为几乎所有飞机制造企业研制与生产的最大障碍。引起工件变形的原因可以分为弹性变形、塑性变形、热变形和残余应力变形[7]。文献[9，10]对导致产生加工变形的诸多因素进行了分析，其中残余应力的释放与重分布对薄壁构件的影响较大。由于大型薄壁件普遍为弱刚性零件，传统的校形会导致额外残余应力的增加和降低飞机服役的可靠性。
近年来，残余应力的作用引起包括机械行业在内的许多领域的广泛关注，残余应力存在于工件变形的产生到变形校正结束的全过程。工件内存在初始残余应力，在外加校正载荷的作用下，产生新的应力必然与原有残余应力产生耦合作用，从而对校正精度造成影响[1]。喷丸技术通过大量弹丸撞击工件表面，引发弹塑性变形，在表层引入残余压应力场，利用喷丸技术，改变零件内部残余应力分布状态，可实现对由于加工或喷丸强化造成的变形进行校正。本工作利用X射线衍射技术，通过测定衍射峰位置和半高宽的变化

喷丸处理造成金属板材发生完全形变的原因有两方面：（一）大量弹丸高速冲击金属材料表层，表层发生塑性变形造成金属延伸，受喷表面面积增大，从而产生弯曲的趋势；(二)表层产生不可恢复的塑性变形阻挡了内部已发生的弹性变形恢复，因此而引入的残余压应力场打破了原有内应力的平衡，必然在其心部产生残余拉应力，由于残余应力厚度方向上的不均匀分布产生了使试样弯曲形变的弯矩口。从以上变形原因分析可知，喷丸形变的产生及其大小取决于喷丸在金属材料表层造成的塑性变形的大小和残余压应力的状态，残余应力大小通过x射线衍射方法能够较为准确测量，喷丸表面塑性变形量却没有标准的定量分析方法，但是由于塑性变形能引起金属材料x射线衍射峰半高宽的变化，相关文献表明，喷丸表面塑性变形量与其X射线衍射峰半高宽呈线性关系，本工作中用x射线衍射峰半高宽值来间接表征其表面喷丸塑性变形量的大小。
图5是喷丸压力为0．15MPa时，不同喷丸时间下7150试样的残余压应力场特征曲线。可知，对于铣削加工试样，残余压应力场较浅，仅15m，而随着喷丸时间的延长，残余压应力值和深度逐渐增加，特别是残余压应力场深度的增大尤为显著，而喷丸时间60S和100S试样的压应力场特征基本相同，说明喷丸时间达到60S后，其残余压应力场已达到饱和。

图5不同喷丸时间下7150试样的残余应力场(喷射压力：0．15MPa)


图67150铝合金薄板在不同喷射压力下的表面残余应力和衍射峰半高宽

图6为0．05，0．15MPa和0．25MPa喷射压力下，715O铝合金薄板试样处于不同弯曲形变状态时的表面残余应力值和FWHM值。可知，由于试样加工过程中弯曲形变的作用，凹面为残余压应力，而凸面为残余拉应力，经过喷丸处理，喷丸面(凹面)残余压应力值逐渐增大，而非喷丸面(凸面)由于喷丸造成的弯曲形变作用，拉应力值逐渐减小，最终转变为压应力。结合图4，分析图6(a)中残余应力和FWHM值的变化，可将其过程分为两个阶段：第一阶段，喷丸时间0～60s，试样弯曲形变量从lO00~m降低到380,v．m，弯曲形变速率达到10．3~rn／s，喷丸面残余应力为一122MPa，非喷丸面残余应力一85MPa，喷丸面FWHM值由2．051。增加到2．495。；第二阶段，喷丸时间6O～200s，试样弯曲形变量从380~m降低到200~m，弯曲形变速率仅为1．3~m／s，残余应力基本稳定，喷丸面FwHM值由2．495。增加到2．650。。以上结果说明，喷丸第一阶段中，由于喷丸残余压应力和塑性变形的作用，试样弯曲形变速率较大，弯曲形变量快速减小；喷丸第二阶段中，喷丸残余压应力场已达到饱和，弯曲形变速率大幅度降低，说明喷丸残余压应力是弯曲形变的主要动力，此后弯曲形变量的增大主要是依靠喷丸不断累积而增大的塑性变形量。由图6(b)和图6(c)可知，对于喷丸压力为0．15MPa和0．25MPa的7150薄板试样，其变化规律与0．05MPa喷丸试样相似，而不同在于其试样喷丸弯曲形变速率更高，0．15MPa喷丸试样第一阶段的弯曲形变速率为16．7肚m／s，0．25MPa喷丸试样第一阶段的弯曲形变速率达到31．5／~rn／s。
3结论
(1)0．05，0．15MPa和0．25MPa三种喷丸压力下，试样弯曲形变的总体规律相同，0～60s内(第一阶段)，试样反向变形速率较快，喷丸时间超过60s后(第二阶段)，试样弯曲形变量基本稳定，0．15MPa喷丸处理后，试样弯曲形变量较小。
(2)试样喷丸第一阶段，喷丸残余压应力场是试样弯曲形变的主要成因，对于0．05MPa喷射压力的试样，其弯曲形变速率达到10．3／zm／s。本文由抛丸机厂家 整理
(3)试样喷丸第二阶段，喷丸残余压应力场已达到饱和，弯曲形变速率大幅度降低，对于0．05MPa喷射压力的试样，其弯曲形变速率仅1．3~m／s，相对弯曲形变量的进一步增加主要依靠喷丸不断累积而增大的塑性变形量。
(4)喷射压力的增大可提高喷丸弯曲形变速率，0．15MPa喷丸试样第一阶段的弯曲形变速率为16．7gm／s，0．25MPa喷丸试样第一阶段的弯曲形变速率达到31．5／~m／