一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111748677A(43)申请公布日2020.10.09(21)申请号202010526089.0(22)申请日2020.06.10(71)申请人中国航发北京航空材料研究院地址100095北京市海淀区北京市81号信箱科技发展部(72)发明人罗学昆王欣王强宇波汤智慧(74)专利代理机构中国航空专利中心11008代理人杜永保(51)Int.Cl.C21D7/06(2006.01)G06F30/20(2020.01)G06F30/17(2020.01)权利要求书1页说明书7页(54)发明名称一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法(57)摘要本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法；本方法选择的典型部位——榫槽、辐板及盘心均为疲劳失效问题突出的部位，具有良好的代表性；选择的试样形式和疲劳测试方法均可反映上述典型部位的典型疲劳失效模式；采用正交法或二分法，工艺参数组合和试样的数量兼顾了科研和生产的双重需求，即可用于深入研究，也可满足生产验证要求；所选的表面完整性参数——显微硬度、表面残余应力和表面粗糙度均为检测准确度较高的参数，也是对疲劳性能影响最主要参数；使强化后的榫槽、辐板和中心孔的表面粗糙度均小于1.2μm，表面残余压应力提高到‑900MPa量级，硬化层深度显著增加，具有显著的创新性。CN111748677ACN111748677A权利要求书1/1页1.一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1)将涡轮盘分为榫槽、辐板和盘心孔三个典型部位，分别获得典型部位的特征信息；2)根据榫槽、辐板和盘心孔三个典型部位的特征信息，分别设计旋转弯曲疲劳缺口试样、轴向低周缺口试样和轴向低周中心孔试样；3)对旋转弯曲疲劳缺口试样、轴向低周缺口试样和轴向低周中心孔三种试样分别选取3～6组喷丸工艺参数对每种试样的每组试样进行喷丸强化；4)对步骤3)的每组试样进行表面完整性分析；5)模拟典型部位的服役温度、载荷、加载频率、应力比特征参数，对上述三种试样进行疲劳性能测试，获得疲劳寿命增益效果；6)建立工艺参数、表面完整性与疲劳寿命增益的对应关系，选择疲劳性能更优、表面完整更优的工艺参数作为典型部位的优化工艺参数；7)分别采用优化工艺参数对涡轮盘的榫槽、辐板和盘心孔三个典型部位进行喷丸强化；8)分别对喷丸强化后的榫槽、辐板和盘心孔三个典型部位进行表面完整性分析；9)对比分析涡轮盘三个典型部位与优化工艺参数对应试样的表面完整性差异，评估优化工艺在涡轮盘上的实施效果；10)若效果不佳，则调整优化喷丸工艺实施方法，重复步骤7)，确保涡轮盘的表面完整性与优化工艺参数对应试样的表面完整性基本一致。2.根据权利要求1所述的一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：所述步骤1)中，典型部位的特征信息主要包括服役温度、载荷、加载频率、应力集中、加工方法、结构干涉。3.根据权利要求1所述的一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：所述步骤3)中喷丸强化，采用正交法或二分法。4.根据权利要求1所述的一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：所述每组工艺参数所用试样数量为5～10件。5.根据权利要求4所述的一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：所述工艺参数为喷丸强度、覆盖率和弹丸。6.根据权利要求1所述的一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：所述步骤4)中表面完整性主要包括显微硬化层深度、表面粗糙度和表面残余应力。7.根据权利要求1所述的一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：所述步骤5)中，模拟榫槽部位的服役温度和载荷，对旋转弯曲疲劳缺口试样进行高温高周疲劳测试；模拟辐板部位的服役温度、载荷和加载频率，对轴向低周缺口试样进行高温低周疲劳测试；模拟盘心孔部位的服役温度、载荷和加载频率，对轴向低周中心孔试样进行高温低周疲劳测试。8.根据权利要求1所述的一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法，其特征在于：在所述6)步骤中，表面完整性更优指表面粗糙度值更低、残余压应力值更高或硬化层深度更大。2CN111748677A说明书1/7页一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法技术领域[0001]本发明属于零件表面处理技术领域，涉及一种评估涡轮盘喷丸强化效果的方法。背景技术[0002]航空发动机涡轮盘的服役环境非常恶劣，受到高温、离心力等多重循环载荷的作用，发生疲劳失效的风险较高。喷丸强化是一种基于表面塑性形变强化提高金属零件疲劳性能的有效方法，它是通过大量弹丸的高速撞击，使材料表面反复发生弹塑性变形，形成一定深度的组织强化层和残余压应力层，从而提高材料整体疲劳性能的一种加工方法。由于抗疲劳效果显著，目前喷丸工艺被国内外广泛应用于航空发动机涡轮盘的