TC4钛合金超声喷丸强化覆盖率试验与数值分析*

蔡 晋，谢广安，闫 雪，李 威

(1.沈阳航空航天大学，沈阳 110136；2.中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，上海 200241)

喷丸强化作为叶片、盘、轴、鼓筒、轴颈等航空发动机关键件的表面处理的标准工艺，能够将裂纹萌生从表面转移到次表面区域，延缓疲劳失效的发生，显著提高部件的疲劳寿命，德国MTU公司与克劳斯塔尔工业大学提出采用超声喷丸技术来替代传统的喷丸工艺，利用超声喷丸的喷丸介质随机分布冲击特征，降低叶盘等薄壁件畸变程度，并证明了超声喷丸工艺在不同钛合金强化时具有低粗糙度及长疲劳寿命的典型特征[1–2]。表面覆盖率是控制喷丸工艺一致性的重要参数，对喷丸表面质量、喷丸构件的机械性能以及经济性有重要影响，是喷丸过程中最重要的“可测量”变量。但对覆盖率的实际控制和预测方法并未得到有效验证。金属零件的疲劳性能受喷丸覆盖程度的影响较大[3–4]，在喷丸过程中，通常会因覆盖率过大而导致“过喷丸”现象，进而产生应力集中和裂纹萌生点。低覆盖率（≤100%）同样会导致疲劳寿命降低，这是由于低覆盖率下残余压应力场没有在试样表面充分覆盖，使喷丸引入的表面粗糙度在疲劳过程中发生早期裂纹萌生[5]。充分覆盖的残余压应力场可以极大地降低早期裂纹萌生比例，使整体疲劳寿命显著增强。因此对喷丸覆盖率的控制极其重要[6]。

传统覆盖率检测方法效率低，结果准确性受零件复杂外形、机械性能及环境影响较大[7]，超声喷丸过程中弹丸冲击角度和速度具有高度随机性，模拟过程复杂。……