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噴丸噴砂房設(shè)備|航空航天裝備噴拋丸涂裝系統(tǒng)設(shè)備

發(fā)布時間:2020.08.19    點擊數(shù): 35176

       噴丸強化技術(shù)是一種材料表面機械冷加工方法,借助高速運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度、微動疲勞抗力及損傷容限性能的一種表面強化方法。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)性強和操作方便等優(yōu)點,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)計及檢測體系,通過噴丸強化技術(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。

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       噴丸強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,板材單面噴丸強化后的表層殘余應(yīng)力分布特征曲線如圖 1 所示。普遍認為殘余壓應(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化機制,而且殘余壓應(yīng)力值大小、壓應(yīng)力層深度對工件疲勞強度或壽命影響顯著。因此,如何實現(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。當噴丸強化工藝為濕式噴丸強化時,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,因為濕式噴丸強度一般相對較低(為干噴丸強度的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。激光噴丸強化工藝,最大殘余壓應(yīng)力值通常出現(xiàn)在表面,因為激光噴丸時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

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       噴丸強化工藝參數(shù),如噴丸強度、噴丸時間、彈丸介質(zhì)和彈丸流量的選取對殘余應(yīng)力值大小與分布的影響明顯。較高噴丸強度下,彈丸入射階段具有更大動能,接觸區(qū)受噴材料應(yīng)力集中程度更大、變形層更深,所以最大殘余壓應(yīng)力值提高、殘余壓應(yīng)力層變深,但噴丸強度過大可能獲得相反的效果,主要由于應(yīng)力松弛和表面剝層等因素的影響。噴丸時間作用主要局限于飽和時間內(nèi),最大殘余應(yīng)力值和應(yīng)力層深度隨噴丸時間延長而增加,達到飽和后數(shù)值基本穩(wěn)定不變。彈丸流量直接影響到彈丸動能和 100%覆蓋率時間,在一定噴丸氣壓下,彈丸流量大則噴丸飽和時間短,噴丸強度下降,進而影響殘余壓應(yīng)力的大小及分布。彈丸直徑越大,噴丸強化越容易產(chǎn)生更深的殘余壓應(yīng)力層。

       航空工業(yè)對其零件有很高的要求,不但要求零件材料輕,而且要求它們能夠 在極其惡劣的環(huán)境下承受極端的載荷。借助于保護零件表面免遭外部破壞以及延 長疲勞壽命,我們的噴丸強化表面處理技術(shù)能夠大大改善零件的整體性能。航空工業(yè)使用的絕大多數(shù)零件,包括飛機骨架、機翼、發(fā)動機、發(fā)動機葉片 、葉片榫頭、葉片轉(zhuǎn)盤、起落架、驅(qū)動裝置、或傳動零件(齒輪),均采用精控 噴丸處理技術(shù)滿足其材料的性能指標。

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       噴丸強化是高速運動的彈丸流噴射材料表面并使其表層發(fā)生 塑性變形的過程。噴丸過程中彈丸反復(fù)打擊材料的表面,最終在 材料表面附近造成一塑性變形層即具有一定深度的強化層,噴丸 強化合理引入表面塑性變形層的可使材料疲勞性能及抗應(yīng)力腐蝕 性能獲得明顯改善。根據(jù)材料在強化時產(chǎn)生塑性變形層、形變層 內(nèi)的晶粒細化和金相組織的變化可分為下述三種強化:

1、殘余壓應(yīng)力場(應(yīng)力強化) 

2、變形顯微組織(組織強化)

3、殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變(相變強化)

噴丸分類:噴丸按應(yīng)用范圍常分為三種類型:

①噴丸強化(強力噴丸)②噴丸成形③噴丸清理。

噴丸強化是一項應(yīng)用廣泛的表面強化技術(shù),其工藝操作簡便和強化效果顯著特點,是用來改善和提高零構(gòu)件的 疲勞和應(yīng)力腐蝕斷裂抗力的一種有效方法。

凡具備下述特征的零構(gòu)件,應(yīng)優(yōu)先考慮采用表面噴丸強化處理。

A) 承受交變載荷并且容易產(chǎn)生疲勞失效的重要承力件

B)在恒定載荷和腐蝕環(huán)境共同作用的易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕(或氫脆)失效的重要 承力件 
C) 拉伸強度超過1400MPa的各種鋼鍛件 
D) 需要進行電鍍Cr、Ni、Ni+Cd、Cd+Ti等的鋼零構(gòu)件 

E) 需要陽極化處理的高強鋁合金零構(gòu)件

F) 帶有應(yīng)力集中部位(如內(nèi)外圓角、鍵槽、焊縫、工具標記、壓印標記以 及結(jié)構(gòu)上的突變區(qū)域等)

G) 焊縫左右約30mm的區(qū)域 

H) 各類螺旋壓縮彈簧

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評價噴丸強化效果的方法包括:
1、表面粗糙度測量 2、殘余應(yīng)力測定 3、顯微組織分析 4、顯微硬度測試疲勞強 度試驗。要達到預(yù)期的噴(拋)丸強化效果要嚴格控制其三大要素(1、設(shè)備 2、介質(zhì) 3、工藝參數(shù))

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