[发明专利]一种改善铝合金零件表面喷丸强化的方法在审

专利信息
申请号: 202110869970.5 申请日: 2021-07-30
公开(公告)号: CN113718187A 公开(公告)日: 2021-11-30
发明(设计)人: 张韶佳;陈昕;胡方亭;王龙;刘娇婷 申请(专利权)人: 江西昌河航空工业有限公司
主分类号: C22F1/04 分类号: C22F1/04
代理公司: 中国航空专利中心 11008 代理人: 杜永保
地址: 333002*** 国省代码: 江西;36
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摘要:
搜索关键词: 一种 改善 铝合金 零件 表面 强化 方法
【说明书】:

本发明属于特种工艺技术领域中的金属材料表面强化技术,一种改善铝合金零件表面喷丸强化的方法。包括设备检查‑零件检查‑喷丸用压缩空气质量检查‑零件的喷丸强化‑丸粒残留物检测等步骤实现铝合金零件表面喷丸强化。通过减小喷丸压力、减少喷丸遍数和增加丸粒筛分系统等工艺改进改善,有效解决了丸粒残留问题,保证了零件表面喷丸质量;提出了详细的喷丸零件表面质量理化检测分析方法,从而有效的控制零件表面质量,避免丸粒残留带入的质量问题。

技术领域

本发明属于特种工艺技术领域中的金属材料表面强化技术,一种改善铝合金零件表面喷丸强化的方法。

背景技术

喷丸处理是一种表面强化处理工艺。喷丸处理是以压缩空气喷出或离心式喷丸机借离心力,将丸粒高速喷射到工件表面,对工件表面进行强烈的冲击,使其表面发生塑性变形,从而达到强化表面和改变表面状态的一种工艺方法。丸粒冲击金属表面,第一使零件表面生成0.1-0.4mm深的硬化层,增加零件表面对塑性变形和断裂的抵抗能力,并使表层产生压应力,提高其疲劳强度,第二使零件表面上的缺陷和由于机械加工所带来的损伤减少,从而降低应力集中,提高零件的抗疲劳性能和延长工作寿命。铝合金零件表面常见的是采用喷玻璃丸粒进行表面强化,喷丸后对零件表面进行覆盖率检查。

查阅之前所有失效分析资料,未见提出过因喷丸工艺参数设计不合理导致丸粒残留零件表面而致使零件断裂的故障,查阅现行有效专利,也未见提出过除覆盖率检查外,进一步的控制喷丸零件表面质量的检测方法。

然而,在处理某直升机一等事故的失效分析过程中,发现故障零件的断裂性质为疲劳,断裂起源于一个剥落块,而剥落块的性质也为疲劳,为此对剥落块的裂纹起始边缘进行横截面分析,发现零件表面存在不连续分布的富含Si、O元素的不导电镶嵌物,导致零件表面出现类似微裂纹,造成应力集中并在应力作用下断裂。经分析,该不导电富硅镶嵌物为喷丸所使用的玻璃丸粒成分。同时发现了采用制备零件横剖面金相试样的方式,在扫描电子显微镜二次电子成像模式下,放大100倍左右进行面扫描分析的检测方法,会分析出丸粒残留物的分布和含量。因此对零件表面的喷丸质量检查也逐渐凸显重要性。

原喷丸工艺设计参数及生产过程为:喷丸设备采用70年代自主研制的专用工艺设备,喷丸压力选取P=0.4MPa,喷嘴距离L=180~200mm,零件运行速率V=570mm/min,表面喷JC-03-93标准玻璃丸粗丸(0.19-0.5mm)2遍、细丸(0.05-0.18mm)2遍强化,丸粒连续循环使用,设备不带丸粒筛分功能。

为分析零件断裂的主要原因,在原有设备和工艺条件的基础上,通过大量对比试验,发现并总结出以下结论。

(1)在现有的0.4MPa喷丸压力、自主研制喷丸设备、采用0.05-0.18和0.19-0.5两种规格的国产丸粒,进行粗丸喷2遍、细丸喷2遍的丸粒不循环喷丸工艺零件,不管何种服役状态(事故机、到寿件以及疲劳试验合格件)的零件表面均有明显的丸粒残留物,且残留物含量没有明显的变化,属普遍现象;

(2)丸粒残留物发生在喷丸工序过程中,表面处理及热处理只会加重丸粒的渗入量;

(3)在零件喷丸设备,其它喷丸参数不变的情况下,采用0.4MPa喷丸压力的试验件表面富硅镶嵌物数量明显于多0.25MPa喷丸压力,表明现有的0.4MPa喷丸压力偏大,采用0.25MPa低喷丸压力比较合适;

(4)按照现有的0.4MPa喷丸压力、自主研制喷丸设备、国产丸粒喷丸4遍,每遍喷丸后均能从试样中观察到富硅镶嵌物形貌,开始喷细丸之后,富硅镶嵌物含量明显增多并呈递增趋势;在其他技术条件不变的情况下,将国产丸粒换成进口丸粒AGB70,每遍喷丸均采用全新丸粒,一共喷丸四遍,每遍喷丸后试样均能观察富硅镶嵌物形貌、类似微裂纹形貌,富硅镶嵌物含量呈递增趋势;试验表明,喷丸遍数越多,越不利于喷丸表面形貌;

(5)采用数控喷丸设备喷丸进口丸粒的试验件表面均不会产生富硅镶嵌物,表明设备不合理。

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