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喷丸强化在汽轮机叶片上的应用
～
，概述
冷却塔平衡管姜文忠-————————一
唢丸强兜是措助垒属弹丸或破墙弹丸以
微高述度越出盆.￡菘面，使金属筝件表面产
化层，从而提高零件疲劳强度或抗虚力鲻蚀
能力的一种玲加工方法.
了，三十年代首先在羹酗弹簧工业生产上使
}ij，第二次世界夫战期间，喷丸强化工艺B1人
航空工业.从四十年代起，随着各}"喷丸规
范""喷丸手册"等相继问世，它已成为机
械加工lp不可缺少的工艺之一.五十年代
来，美国发展了新型的玻璃丸介质，使其在
航空工业中岣应用领域连一步扩大.六十年
代中期，数控技术用于喷丸设备，美国研制
成功第一台五座标连续控制的数控喷丸机,
使喷丸机设备自动化程度提高到一个新水
平，以满足航空产品大型化，复杂化和鹊质
量莳要求.
除美国外，英，法，日，西德，苏联等
囤对此项工艺技术也十分重视,j继从事研
究韭予以发展.目前，喷丸强化已成为现代
航空工业中的常规工艺，应用极为普遍.早在]954，年美国普拉特，惠特尼发动机公司拥有各种喷丸设备28台，对发动机的400余种零件进行喷丸强化处理.其中包括：气门樯臂，曲轴，括塞，连杆，气f1滚子，活塞发
动机匣，齿轮，压气机和涡轮叶片榫头,
盘，轴等.据报导，美制F一11战斗机喷丸
丁f一)
强他的零件品种达∞O种以上.
喷丸强位工艺之所以符到广泛应用，是
因为它县有许多优点，如：加工适应性好
使用方便，应力强度易控制，不会产生有害
虚力，喷丸}匕较安全，许多情况下也较经济.所以从六十年代开始在我国航空，造
船，常规兵器等部门得到T迅速的推广和使用.
二，喷丸强化对叶片
疲劳强度的影响
作为汽转机关键部件的动叶片处在汽相
或二栩汽琉以及高变变应力状态下工作，疲劳引起的断裂，是叶片主要的破坏形式.医此，防止叶j}在使用中产生疲劳破坏已是叶片}才料强度和工艺研究的重要课题之一.为了提高r4g}的疲劳强度和延使用寿命，从
84年初，我们对汽轮机叶月'持利进行了玻璃丸喷丸强化工艺的试验研究，并推广斑用于汽轮机叶片.
实践证明，叶片经过喷丸强化后，显着地提岛了疲劳强度，防止了裂纹的
产生.实践充分证明：喷丸强化工艺是提高
叶片疲劳强度，延长其使用寿命的良好逢
径
一
个良好的喷丸强亿工艺的制定应该建
立在试验研究和科学分析的基础上，当然还需要在实践中考验.关键在于喷丸强化工艺参数的选择.台理的喷丸工艺参数的确定决定于试件(零件)的疲劳实验结果，而喷丸 强化试件(零件)的疲劳强度的提高又决定
4
于预先所选择的喷丸强化工艺诸参数.因此，我们在吸八式液体气动喷丸机I，通过
对弹丸尺寸，风动压力，丸粒流量，喷丸强
化时间喷射角等喷丸强化工艺参数的合理
选择，对常用的叶片材料进行喷丸强化，并
在10KW探式电磁振动疲劳试验台L验证喷丸强化的实际效果.试验结果表胡经喷丸强化的试件，其疲劳强度均获得显着的提苗.
图1，图2是1Crl3,2Cr13叶片材科
未喷丸试件及喷丸试件的常温疲劳洼能与表面残余压应力的试验结果.
图上的试验结果表明，喷丸强化使试件
的疲劳强度获得明显提高.1CrI3材料试件
经喷丸强化后，疲劳强度可以提高2O(由
一
矩阵切换1=336.2MPa提高至一l=403.4MPa),
2Cr13材料试件经喷丸强化后，疲劳强度可
以提高16(由a,:382.8Y[Pa提高至a,I
=444.1MPa).
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萋专
萎蔼
水塔水位控制系统匿1.1Crt3材料试件疲劳强度与表面残余应力(PXN=lo为基数)
喷丸强化不仅可以提高试件的疲劳强
度，而且可以提高镀铬试件的疲劳强度.图
3示出了2Cr13材料基体试件，镀铬及喷丸
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圈2.2Crl3材科试件疲劳强度与表面残案应力(以N=10扭为基数)
强化试件的疲劳r『：能及表面残余应力
试验结果表明，基体试件表面镀铬后表
面产生残余拉应力，促其镀层中的微观裂纹
向摹体金餍内扩展，使镀铬试件的疲劳强度
下降30.5，而镀铬试件经过喷丸强化后,
表面产生一层压应力，其值约为o=一730.t MPa，所以试件的疲劳强度褥到了显着的提高，甚至超过基体试件的疲劳强度.由此可
见对零件镀铬后再进行喷丸强化，对零件的
疲劳强度会带来好处.
另外，蓑面腐蚀常常在受拉应力的金属
上产生裂纹.促使应力腐蚀的应力可能是内部的，也可能是外部的，或两者的综合通
过喷丸处理后暴露于腐蚀环境中的表面处于压缩状态.可防止应力腐蚀裂纹扩展.此
外，喷丸使金属表面的裂纹或众骞的微孔趋于封闭.因此，减少了腐蚀介质能够聚积的
场所，所以喷丸强化能够卓有成效地预防应力腐蚀.
根据上述试验结果可以看
到，喷丸强化之所以能提高试件
的疲劳强度，在于表面宏观残余
压应力对玫善疲劳强度所起的怍
目1
试件班喷丸强化过程中，白
予表面金属相对底层垒属产生强
烈的塑性变形，其果总是使表璐
层金属产生很大晌残余压应力.
当试件在疲劳试验过程中季受交一
微型拉曼光谱仪变裁荷时，表层的残余压应力叮
l与交变载荷中的部分拉应力相
互抵销，从而使试件在疲劳试验
过程申实际承受的拉应力有所减
小(在一些情况下甚至表面不存
在拉应力).而拉应力越小,
试件表面微观裂纹不易扩展，试
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