[發明專利]一種評估渦輪盤噴丸強化效果的方法

有效

• 申請號: 202010526089.0
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111748677B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 羅學昆;王欣;王強;宇波;湯智慧
• 申請（專利權）人: 中國航發北京航空材料研究院
• 主分類號: C21D7/06
• 分類號: C21D7/06;G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明屬于零件表面處理技術領域，涉及一種評估渦輪盤噴丸強化效果的方法；本方法選擇的典型部位——榫槽、輻板及盤心均為疲勞失效問題突出的部位，具有良好的代表性；選擇的試樣形式和疲勞測試方法均可反映上述典型部位的典型疲勞失效模式；采用正交法或二分法，工藝參數組合和試樣的數量兼顧了科研和生產的雙重需求，即可用于深入研究，也可滿足生產驗證要求；所選的表面完整性參數——顯微硬度、表面殘余應力和表面粗糙度均為檢測準確度較高的參數，也是對疲勞性能影響最主要參數；使強化后的榫槽、輻板和中心孔的表面粗糙度均小于1.2μm，表面殘余壓應力提高到?900MPa量級，硬化層深度顯著增加，具有顯著的創新性。

技術領域

本發明屬于零件表面處理技術領域，涉及一種評估渦輪盤噴丸強化效果的方法。

背景技術

航空發動機渦輪盤的服役環境非常惡劣，受到高溫、離心力等多重循環載荷的作用，發生疲勞失效的風險較高。噴丸強化是一種基于表面塑性形變強化提高金屬零件疲勞性能的有效方法，它是通過大量彈丸的高速撞擊，使材料表面反復發生彈塑性變形，形成一定深度的組織強化層和殘余壓應力層，從而提高材料整體疲勞性能的一種加工方法。由于抗疲勞效果顯著，目前噴丸工藝被國內外廣泛應用于航空發動機渦輪盤的加工制造中。

渦輪盤在設計研制過程中，既要考慮結構和強度需求，又要滿足減重要求，因此，需要采用多種手段提高渦輪盤的疲勞強度。噴丸強化是一種有效的技術手段。傳統的渦輪盤噴丸工藝參數單一，未能針對渦輪盤各個關鍵部位的服役載荷、溫度等差異，針對性的開展噴丸工藝參數篩選與優化，未能充分發揮噴丸強化對疲勞強度的增益效果。因此，亟需發展多樣化的噴丸工藝方法，也亟需采用一種評估方法，為噴丸工藝參數的篩選和優化提供指導。目前，常用的評估方法僅根據表面完整性作為判定依據，或者僅根據試樣級別的疲勞性能作為判定依據，未能考慮試樣的結構單一性與零件實施的結構復雜性，未能建立真實零件的噴丸強化效果的評估機制；另外，現有評估方法還存在因判定依據不一致而導致優化工藝篩選準確性降低的問題。

發明內容

本發明的目的是：提出了一種評估渦輪盤噴丸強化效果的方法，可解決渦輪盤典型部位的噴丸工藝篩選依據及評估方法不系統全面的難題，為充分發揮噴丸強化效果提供了一種檢驗手段，滿足渦輪盤設計與研制的需求。

本發明的技術方案是：

一種評估渦輪盤噴丸強化效果的方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

1)將渦輪盤分為榫槽、輻板和盤心孔三個典型部位，分別獲得典型部位的特征信息；

2)根據榫槽、輻板和盤心孔三個典型部位的特征信息，分別設計旋轉彎曲疲勞缺口試樣、軸向低周缺口試樣和軸向低周中心孔試樣；

3)對旋轉彎曲疲勞缺口試樣、軸向低周缺口試樣和軸向低周中心孔三種試樣分別選取3～6組噴丸工藝參數對每種試樣的每組試樣進行噴丸強化；

4)對步驟3)的每組試樣進行表面完整性分析；

5)模擬典型部位的服役溫度、載荷、加載頻率、應力比特征參數，對上述三種試樣進行疲勞性能測試，獲得疲勞壽命增益效果；

6)建立工藝參數、表面完整性與疲勞壽命增益的對應關系，選擇疲勞性能更優、表面完整更優的工藝參數作為典型部位的優化工藝參數；

7)分別采用優化工藝參數對渦輪盤的榫槽、輻板和盤心孔三個典型部位進行噴丸強化；

8)分別對噴丸強化后的榫槽、輻板和盤心孔三個典型部位進行表面完整性分析；

9)對比分析渦輪盤三個典型部位與優化工藝參數對應試樣的表面完整性差異，評估優化工藝在渦輪盤上的實施效果；

10)若效果不佳，則調整優化噴丸工藝實施方法，重復步驟7)，確保渦輪盤的表面完整性與優化工藝參數對應試樣的表面完整性基本一致。