新技术新工艺２０１３年第９期 钛合金零件喷丸工艺及质量控制 郭初阳，王晓平，胡愈刚 （中国人民驻陕西飞机工业（集团）有限公司军事代表室，陕西汉中７２３２００） 摘 要：目前，钛合金材料被广泛应用于国内航空工业中，但由于钛合金材料具有疲劳强度低、分散 性大、硬度低及耐磨性能差等缺点，了其进一步应用。喷丸强化能够显著改善钛合金材料的抗疲劳 性能，提高其微动疲劳抗力，从而可大幅提升钛合金零件的耐久性和可靠性。本文结合飞机起落架钛合 金零件的喷丸强化实践，从材料和设备、制造过程以及维护质量３个方面进行控制，进一步保证了喷丸质 量，提高了钛合金零件的使用寿命。 关键词：起落架；钛合金零件；喷丸强化；质量控制 中图分类号：ＴＧ ６８８ 文献标志码：Ａ ＧＵＯ Ｃｈｕｙａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｐｉｎｇ，ＨＵ Ｙｕｇａｎｇ Ｓｈｏｔ Ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｐａｒｔｓ （Ｔｈｅ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３２００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｖｉａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ，ｂｕｔ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｌｏｗ ｆａｔｉｇｕｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ，ｌｏｗ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｐｏｏｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ ｏｆ ｔｉｔａ— ｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｉｔｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ．Ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｆａ— ｔｉｇｕｅ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ ｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｕｓ ｉｔ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｐａｒｔｓ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｍａｎｙ ｔｙｐｅ ｏｆ ａｉｒｃｒａｆｔ ｌａｎｄｉｎｇ ｇｅａｒ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｐａｒｔｓ，ｄｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌ ｆｒｏｍ ｍａｔｅｒｉａｌ ｅ— ｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｉｔ ｅｎｓｕｒｅｄ ｔｈｅ ｓｈｏｔ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｐａｒｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌａｎｄｉｎｇ ｇｅａｒ，ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｐａｒｔｓ，ｓｈｏｔ ｐｅｅｎｉｎｇ，ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ 钛合金材料具有密度小、比强度高和耐腐蚀性 为保证喷丸质量，应对钛合金零件喷丸进行工艺质 量控制，包括材料和设备控制，制造过程控制和维护 质量控制。 好等优点，被广泛应用于飞机起落架的制造中。起 落架的承杆、防扭力臂和支架等重要承力件均采用 钛合金材料。喷丸强化是利用高速运动的弹丸，对 金属表面冲击，使金属表面产生塑性循环应变层，由 此导致该应变层的显微组织发生有利变化，并使表 １材料和设备控制 １．１ 材料控制 层引入残余压应力层，从而提高金属零件的疲劳断 裂和应力腐蚀断裂抗力，以及疲劳寿命和耐腐蚀性。 对钛合金零件喷丸中使用的试片、弹丸和筛网 等材料应严格控制，即经过人厂复验并记录后方能 响巨大。采用小切削力、低热量输入的手工刮削工 艺，无需设备投资，工具简单，且无厂房条件，可 ［４］张启运，庄鸿寿．钎焊手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２００８． 有效保证底模板的加工精度，达到设计要求。 ［５］中国机械工程学会焊接学会．焊接手册［Ｍ］．北京：机械 工业出版社，１９９２． 参考文献 ［１］于启湛，史春元．耐热金属的焊接［Ｍ］．北京：机械工业 出版社，２００９． 作者简介：崔洪才（１９６４一），男，高级工程师，主要从事黑色和 有色金属的特种焊接工艺等方面的研究。 收稿日期：２０１３年０３月０５日 ［２］唐世林，肖刚．钳工工艺与技能训练［Ｍ］．北京：北京理 工大学出版社，２００９． 责任编辑郑练 １－３］王润孝．制造工程基础［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１０． 新技术新工艺》加工工艺与材料研究 加工工艺 材料研究 使用。目前，用于钛合金零件喷丸的试片是由７０＃ 弹簧钢制成，经淬火和回火后进行发蓝处理，平面度 在±０．０３８ ｍｍ范围内的标准Ａｌｍｅｎ Ａ型试片；钛 角等过渡区的喷丸强度与相邻端面或孔任意一种相 同即可。 ２．２喷丸区域控制 合金零件喷丸所用弹丸应选取硬度介于５５～６２ ＨＲＣ的￥２３０（０．５８ ｒａｍ）铸钢丸；喷丸用筛网可选 取３０＃（０．６０ ｒａｍ）和３５＃（０．５０ ｍｍ）等规格。 １．２设备控制 若喷丸区域，禁止对喷丸区域进行保护。 任选喷丸区域或允许过喷区域，可不进行喷丸，或按 渐弱区域喷丸，或以任何强度和覆盖率组合进行喷 丸；但喷丸强度和覆盖率均不能超过相邻区域的规 定值。 ２．３喷丸覆盖率控制 喷丸设备自动化控制程度越高，越能保证喷丸 质量。应保证喷丸设备具有稳定的喷丸强度和均匀 的覆盖率；具备去除破碎弹丸的分选装置；并且能通 过控制压缩空气调整压力，推动干燥弹丸均匀流动； 气路系统装有气压控制装置和油水分离器，除提供 稳定的弹丸流外，还能抽风除尘，满足环保要求。计 算机控制和监视喷丸设备可实时监控喷丸压力、弹 丸流量、机床速度以及机床各轴的运动方向和位移 等参数，且能够自动检测故障和报警。 零件喷丸对工艺装备的控制应保证２项功能： １）工艺装备在固定零件的同时，能通过提供一定方 钛合金零件一般喷丸区域最小覆盖率要求达到 １００ ，覆盖率可采用目视检查与１Ｏ×（倍）放大镜 检查这２种方式，同时，在喷丸零件上或与喷丸零件 同材料和同硬度的试样上进行确定。 ２．４喷丸过程控制 对于给定的强度值，试片应喷丸到１００ 覆盖 率并达到饱和或过饱和。测量试片的弧高值时，试 片未喷丸面的中心对准Ａｌｍｅｎ量仪。试片平面度 为±０．０１２ ７ ｍｍ范围内为合格；若平面度为 ±（０．０１２ ７～±０．０３８）ｍｍ，强度验证时须作补偿； Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ 向的运动，使喷丸零件表面获得均匀的覆盖率；２） 工艺装备可通过放置模拟件来测定和检验零件所需 ７ ６ ６ ５ ４ ３ ２ ２ １ Ｏ ∞ ∞ 加 ｍ 若平面度超出±０．０３８ ｍｍ，应作废弃处理。 除时间外，在其余喷丸强化工艺参数不变的条 件下，同类型的试片应分别接受不同时间的喷丸，由 喷丸部位的喷丸强度和覆盖率，使零件与试片在弹 丸流下具有相同方向，并确保零件所有表面均能达 到规定的强度。 喷丸时，要求零件鉴定工具（模拟件）上固定试 此获得１组弧高值随喷丸时间（或喷丸次数）变化的 数据。由原点和最少４点组成，在弧高值一时间坐标 上绘制出的曲线即为饱和曲线。在进行强度鉴定的 每个位置上都要绘制饱和曲线，如图１所示。 Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ 片的位置与数目应依据零件典型结果合理分布，若 无阻碍，相同方向（±１０。）和相近距离的表面可以用 １个Ａ型试片描述，零件鉴定工具上，试片与喷嘴间 的距离等于零件表面与喷嘴间的距离（当零件鉴定 工具不能满足要求时，可直接以实际零件局部制作 模拟件）。 了 ￡ Ｉｔ口 ｔⅡ！ Ｉ＋－暇． ＾ ＋■ ｌ率１ ｌＯ ） ’稿詹 ］ ｌ ｌ 谴 甚 ｝ ｌ ／ ｌ ｌ －２： ／ ！Ｉ ． 一恂和卤的 时 蓟ｒ７ 、 ， Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ２制造过程控制 ２．１喷丸前控制 ｛ ｝ ｌ ｌ ｌ Ｉ Ｉ Ｉ ２ ４ ６ ８ ｌ０ ｌ２ ｌ４ ｌ６ １８ ２Ｏ ２２ ２４ ２６ ２８ ３０ 零件喷丸前应满足工程图样要求，喷丸区的所 喷丸时间／ｍｉｎ 有锐边和尖角应进行倒圆；所有热处理、磨削、切削、 磁力探伤或渗透以及硬度检查均在喷丸前进行，并 完成零件所有塑性变形的校正工作；喷丸前应对零 图１ 喷丸饱和曲线图 每批零件开始生产前应进行喷丸强度验证，若 零件在８ ｈ内完成，生产结束后最少要进行１次强 度验证，每连续工作８ ｈ最少进行１次喷丸强度验 件表面进行清洗，确保表面无油脂、污垢和灰尘等污 染物。 证。每个位置试片的弧高值与曲线上目标弧高值的 偏差应满足验证要求，以及工程图样要求的强度值。 单个零件的喷丸强度值应均匀并接近名义值，这样 有助于减少零件变形。强度验证应填写喷丸生产记 录，只有强度验证合格后，方能进行钛合金零件喷 丸。 全部表面喷丸时，零件所有表面进行喷丸（粗糙 度Ｒｎ≤１．６ ｍ的孔不喷丸）；全部外表面喷丸时， 所有通孑Ｌ和盲孔不喷丸；孔和沟槽内表面喷丸而与 其相邻端面不喷丸时，孑Ｌ和沟槽的内表面，全部孔的 埋头窝，孑Ｌ和沟槽的锥口部分以及倒角喷丸；孔喷丸 强度和相邻端面喷丸强度不同时，埋头窝、锥口和倒 完成试片检验、强度验证，并绘制出饱和曲线 《新技术新工艺》加工工艺与材料研究 ｌ ８７ 新技术新工艺２０１３年 第９期 后，确定钛合金零件的喷丸参数，并根据确定的参 数，设定弹丸流量、空气压力、喷嘴规格和受喷时间 等指标，按规定的安装方法对零件进行喷丸。喷丸 工序采用计算机控制。 零件喷丸保证最佳喷射角度，以便使弹丸流能 测定的Ａｌｍｅｎ试片一并提交检验。若发现有低于 要求覆盖率时，应重新喷丸，直到符合覆盖率要求。 Ａｌｍｅｎ试片不能重复使用，应隔离使用过的试片， 并对其进行标识。 新铸钢丸每次补充量超过机上弹丸质量的 ３５ 时，补充后对机上全部弹丸循环２次，通过喷打 无油钢板改善弹丸表面状态。若多次补充，且每次 沿垂直方向喷射零件，喷射角不允许＜４５。（如图２ 所示）。零件受外力处于应力状态时，不允许喷丸。 滚压的螺纹不允许喷丸，其他加工形式的螺纹应进 行喷丸，弹丸名义直径不能超过螺纹根部半径的１／ ２。若在２次喷丸工序间用机械方式去除零件表面 补充量≤３５ ，则２次补充弹丸的时间间隔应保证 机上全部弹丸循环３次。弹丸清洁度应定期检查， 并记录机上弹丸抽检和添加情况，未装机的弹丸应 存放在防潮或加盖的容器中。 在使用喷丸机前应检查其喷嘴，防止有腐蚀或 材料，应采用压缩空气清理表面污物。喷丸结束后 应填写喷丸生产记录。 油脂，若喷嘴磨损应修复或更换。机床累计工作８ ｈ，应检查机上弹丸的均匀程度，每次抽样至少１００ ｇ（按质量计≤２０ ）。使用计算机监控设备，更换不 同规格弹丸后，弹丸循环系统空运行２０ ｍｉｎ后，再 进行弹丸粒度检查。 保证机床上连续分选弹丸装置按规定分选并去 图２喷射角示意图 除不合格弹丸，定期检查弹丸的均匀程度。若弹丸 不符合要求，应立即停止工作；弹丸清理合格后，方 可进行喷丸。 从事喷丸强化的人员应学习相关规范和要求， 考核合格后，方能取得岗位培训合格证或机床操作 合格证。应建立每台喷丸机的履历本，以便记录原 钛合金零件喷丸参数的确定范围见表１。 表１ 钛合金零件喷丸参数表 件更换和设备维修情况，并记录每次弹丸的添加情 况。 ２．５喷丸后控制 对同批零件，均按相同的喷丸参数和方法进行 零件喷丸后应去除弹丸或喷丸时的遮蔽物，且 不能进行热处理、应力释放、胶接或任何加工温度超 喷丸，每批零件首件喷丸合格时，操作者记录零件图 号、零件批次号、该批零件总数、零件序号、喷丸Ｅｔ 过２００℃的工序。喷丸后零件可采用喷丸成形和校 正校形，当用其他方法校形时，校形后应进行渗透检 查。经过喷丸后的表面粗糙度，可以用轻珩磨、研 磨、手工砂光或砂带轮抛光的方法进行改善；但上述 方法均不能超过Ａ型试片名义强度值的１０ 或 ０．０２５ ｍｍ（取较大值）。若材料去除量超过区 域，可在其后使用原喷丸时的同尺寸弹丸喷至要求 期、机床型号与设备编号、弹丸类型和尺寸、规定喷 丸强度和实际喷丸强度、试片在零件上的位置、实际 覆盖率及总喷丸时间、喷嘴的尺寸及数量、喷嘴相对 工件喷丸表面的方向和距离等相关信息，从各方面 严格控制喷丸过程，以便检查和追溯。 作者简介：郭初阳（１９８９一），男，助理工程师，主要从事国内多 型飞机起落架生产、研制的质量监督和军检验收 工作。 的强度和覆盖率。若钛合金零件喷丸强度值≤０．１５ ｍｍＡ，可用玻璃丸按原强度值和覆盖率进行再喷 丸。喷丸后清洗零件，确保零件表面无油脂、污垢和 灰尘等污物，喷丸后进行永久性保护。 收稿日期：２０１３年Ｏ３月０１日 责任编辑 吕菁 ３维护质量控制 喷丸零件提交检验时，应将所有用于喷丸强度 《新技术新工艺》加工工艺与材料研究
