A100鋼零件復(fù)合噴丸工藝及質(zhì)量控制研究

趙 勇，李 博

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司 燎原分公司，陜西 漢中 723200)

A100鋼零件復(fù)合噴丸工藝及質(zhì)量控制研究

趙 勇，李 博

(中航飛機(jī)起落架有限責(zé)任公司 燎原分公司，陜西 漢中 723200)

現(xiàn)代飛機(jī)起落架高壽命和高可靠的特點(diǎn)，促使了各種新材料特別是超高強(qiáng)度鋼和鈦合金等材料在起落架上的廣泛應(yīng)用，其中以A100和300M等超高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用最為典型。這類鋼具有強(qiáng)度高、橫向塑性及斷裂韌度高、疲勞性能優(yōu)良以及抗應(yīng)力腐蝕性能好等特點(diǎn)，但普遍對(duì)應(yīng)力集中敏感，表面缺陷(如刀痕、劃傷)和外來(lái)污染會(huì)對(duì)其疲勞性能造成嚴(yán)重影響。噴丸強(qiáng)化作為表面強(qiáng)化的一種方式，其應(yīng)用時(shí)間較長(zhǎng)。超高強(qiáng)度鋼常規(guī)噴丸采用鑄鋼丸噴丸強(qiáng)化，本文主要研究A100鋼的復(fù)合噴丸工藝應(yīng)用及質(zhì)量控制。

起落架；超高強(qiáng)度鋼零件；復(fù)合噴丸；質(zhì)量控制

復(fù)合噴丸工藝是為了獲得較好的殘余壓應(yīng)力場(chǎng)和表面形貌，具體工藝順序?yàn)橄炔捎描T鋼彈丸進(jìn)行高強(qiáng)度噴丸(第1次噴丸)，再采用陶瓷彈丸進(jìn)行低強(qiáng)度噴丸(第2次噴丸)。

表面強(qiáng)化是提高零件抗應(yīng)力腐蝕和抗疲勞性能的重要手段，與其他表面強(qiáng)化工藝(如滾壓、表面熱處理和表面化學(xué)熱處理等)相比，噴丸強(qiáng)化具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)面廣、節(jié)能省時(shí)、成本低廉和效果顯著的特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)常用鑄鋼彈丸對(duì)零件進(jìn)行噴丸強(qiáng)化，但隨著高性能材料(如A100鋼、高強(qiáng)度鈦合金及高強(qiáng)度鋁合金等)的出現(xiàn)，鑄鋼彈丸噴丸強(qiáng)化的缺陷日益顯露，使得材料未能充分發(fā)揮出其應(yīng)有的性能水平。先進(jìn)的陶瓷彈丸及其噴丸工藝，恰能彌補(bǔ)鑄鋼彈丸及其他彈丸(如玻璃彈丸)噴丸強(qiáng)化帶來(lái)的缺陷。采用復(fù)合噴丸強(qiáng)化工藝能使得試樣的疲勞壽命更高，表面質(zhì)量更好。

1 材料和人員控制

1.1 材料控制

噴丸工藝使用的工藝輔助材料(鑄鋼丸、陶瓷丸、Almen試片和篩網(wǎng)等)均應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)合格后方可投入使用。具體技術(shù)要求見(jiàn)表1。

表1 噴丸使用的彈丸、篩網(wǎng)等技術(shù)條件

1.2 人員控制

對(duì)從事噴丸強(qiáng)化的操作人員和檢驗(yàn)人員定期進(jìn)行工藝標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和操作要點(diǎn)等相關(guān)內(nèi)容的培訓(xùn)，考核合格后頒發(fā)具有一定時(shí)效性的崗位資格證。只有持有有效崗位資格證的人員才能從事對(duì)應(yīng)的工作。對(duì)操作人員及檢驗(yàn)人員應(yīng)造冊(cè)登記，明確其崗位資格證編號(hào)和有效期等；同時(shí)，對(duì)崗位資格證即將到期的人員提前安排學(xué)習(xí)、培訓(xùn)及換發(fā)新證的工作，確保資格證始終在有效期內(nèi)。

2 設(shè)備及維護(hù)控制

2.1 設(shè)備控制

噴丸設(shè)備必須是使用微電腦或PLC控制的自動(dòng)化噴丸機(jī)，并具備如下功能：1)能產(chǎn)生穩(wěn)定的噴丸強(qiáng)度和均勻的覆蓋率；2)具有彈丸篩選、破碎彈丸以及變形彈丸分離裝置及除塵裝置，或經(jīng)批準(zhǔn)允許采用具有同等功能的機(jī)外獨(dú)立裝置；3)能提供一種通過(guò)控制壓縮空氣壓力或離心力推動(dòng)干燥彈丸均勻流動(dòng)的方法；4)離心式噴丸機(jī)的離心輪轉(zhuǎn)速應(yīng)能調(diào)節(jié)；5)噴丸室內(nèi)有可供零件(或噴嘴)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)裝置，以使零件被噴區(qū)域的表面獲得均勻的覆蓋率；6)噴丸機(jī)應(yīng)配備抽風(fēng)除塵裝置，經(jīng)過(guò)除塵裝置排出的氣體應(yīng)符合環(huán)保要求；7)噴丸機(jī)應(yīng)可提供既干燥又穩(wěn)定的彈丸流，并能提供缺丸報(bào)警；8)可以自動(dòng)控制對(duì)零件的噴丸時(shí)間。

2.2 維護(hù)控制

1)為保證噴丸質(zhì)量，應(yīng)按照設(shè)備制造商的建議定期檢查和維護(hù)設(shè)備。

2)應(yīng)做好噴丸設(shè)備的工作和維護(hù)日志，詳細(xì)記錄設(shè)備的工作、原件更換和設(shè)備維修情況，以便更好地掌握設(shè)備性能，保證噴丸質(zhì)量。

3 制造過(guò)程控制

工藝流程：檢驗(yàn)→噴前準(zhǔn)備→調(diào)整設(shè)備→模擬噴丸→檢驗(yàn)→調(diào)整設(shè)備→噴丸強(qiáng)化→模擬噴丸→噴丸后處理→檢驗(yàn)。

3.1 噴丸前控制

1)噴丸批生產(chǎn)零件前應(yīng)編制詳細(xì)的工藝規(guī)程，且噴丸工藝應(yīng)經(jīng)過(guò)特殊過(guò)程確認(rèn)。確認(rèn)至少包括噴丸所用的鑄鋼彈丸及陶瓷彈丸、噴丸距離、噴嘴移動(dòng)速度、彈丸流量和空氣壓力。

2)檢查噴丸零件是否在合格工藝控制試驗(yàn)項(xiàng)目限定的周期內(nèi)，應(yīng)在零件噴丸前后噴打Almen試片，以驗(yàn)證噴丸過(guò)程參數(shù)。當(dāng)零件噴丸前后噴打的Almen試片合格后，才能認(rèn)為噴丸過(guò)程參數(shù)符合要求。

3.2 噴丸工藝參數(shù)的確定及噴丸過(guò)程控制

3.2.1 零件外表面噴丸的設(shè)計(jì)要求

零件外表面復(fù)合噴丸強(qiáng)度要求見(jiàn)表2。

表2 零件外表面復(fù)合噴丸強(qiáng)度要求

3.2.2 噴丸工藝參數(shù)的確定

本文以A100鋼外表面的復(fù)合噴丸過(guò)程為例，來(lái)說(shuō)明噴丸過(guò)程參數(shù)的確定及噴丸過(guò)程的控制。按圖1所示對(duì)復(fù)合噴丸模擬件進(jìn)行試噴丸，并噴打Almen試片及繪制飽和曲線，參數(shù)見(jiàn)表3～表5，飽和曲線如圖2～圖4所示。

圖1 噴丸模擬試件

表3鑄鋼丸噴丸強(qiáng)度為0.15A～0.25A(外表面)的參數(shù)

彈丸種類彈丸流量/kg·min-1噴丸距離/mm噴嘴移動(dòng)速度/mm·min-1噴丸角度/(°)噴嘴規(guī)格/mm矛槍速度ASH2302.5120～16012045～90 ?15(內(nèi)徑)—噴丸次數(shù)空氣壓力/MPa噴丸強(qiáng)度1噴丸強(qiáng)度2噴丸強(qiáng)度3噴丸強(qiáng)度4噴丸覆蓋率/%10.090.135A0.123A0.151A0.131A≤10020.100.169A0.155A0.171A0.163A≤10040.100.191A0.170A0.204A0.188A≥10080.090.204A0.181A0.215A0.203A≥100

圖2 鑄鋼丸噴丸強(qiáng)度為0.15A～0.25A(外表面)飽和曲線圖

表4鑄鋼丸噴丸強(qiáng)度為0.25A～0.30A(外表面)參數(shù)

彈丸種類彈丸流量/kg·min-1噴丸距離/mm噴嘴移動(dòng)速度/mm·min-1噴丸角度/(°)噴嘴規(guī)格/mm矛槍速度ASH2302.5120～16012045～90 ?15(內(nèi)徑)—噴丸次數(shù)空氣壓力/MPa噴丸強(qiáng)度1噴丸強(qiáng)度2噴丸強(qiáng)度3噴丸強(qiáng)度4噴丸覆蓋率/%10.130.211A0.213A0.205A0.215A≤10020.160.238A0.243A0.255A0.239A≤10040.140.270A0.265A0.265A0.268A≥10080.130.281A0.276A0.277A0.278A≥100

圖3 鑄鋼丸噴丸強(qiáng)度為0.25A～0.30A(外表面)飽和曲線圖

表5陶瓷丸噴丸強(qiáng)度為0.08A～0.12A(外表面)的參數(shù)

彈丸種類彈丸流量/kg·min-1噴丸距離/mm噴嘴移動(dòng)速度/mm·min-1噴丸角度/(°)噴嘴規(guī)格/mm矛槍速度/mm·min-1AZB3002.0120～16012045～90 ?15(內(nèi)徑)120噴丸次數(shù)空氣壓力/MPa噴丸強(qiáng)度1噴丸強(qiáng)度2噴丸強(qiáng)度3噴丸強(qiáng)度4噴丸覆蓋率/%10.050.052A0.074A0.064A0.073A≤10020.050.090A0.092A0.099A0.089A≤10040.070.093A0.098A0.103A0.093A≥10080.050.099A0.101A0.108A0.096A≥100

圖4 陶瓷丸噴丸強(qiáng)度為0.08A～0.12A(外表面)飽和曲線圖

3.2.3 噴丸過(guò)程控制

每批零件開(kāi)始生產(chǎn)前應(yīng)先進(jìn)行噴丸強(qiáng)度驗(yàn)證。若零件在8 h內(nèi)完成，生產(chǎn)結(jié)束后最少要進(jìn)行1次強(qiáng)度驗(yàn)證，否則應(yīng)每連續(xù)工作8 h最少進(jìn)行1次噴丸強(qiáng)度驗(yàn)證。每個(gè)位置試片的弧高值與曲線上目標(biāo)弧高值的偏差應(yīng)滿足驗(yàn)證要求和工程圖樣要求的強(qiáng)度值。單個(gè)零件的噴丸強(qiáng)度值應(yīng)均勻，并接近名義值，以有助于減少零件變形。強(qiáng)度驗(yàn)證應(yīng)填寫(xiě)噴丸生產(chǎn)記錄，只有強(qiáng)度驗(yàn)證合格后，方能進(jìn)行A100鋼零件的復(fù)合噴丸。A100鋼零件噴丸前、噴鋼丸后及復(fù)合噴丸后的對(duì)比照片如圖5所示。

圖5 A100鋼噴丸前、后對(duì)比圖

3.3 噴丸后控制

零件噴丸后應(yīng)去除彈丸或噴丸時(shí)的遮蔽物，且不能進(jìn)行熱處理、應(yīng)力釋放、膠接或任何加工溫度超過(guò)350 ℃的工序。噴丸后零件可采用噴丸成形和校正校形，當(dāng)用其他方法校形時(shí)，校形后應(yīng)進(jìn)行滲透檢查。噴丸后的表面粗糙度可以通過(guò)采用輕珩磨、研磨、手工砂光或砂帶輪拋光的方法進(jìn)行改善，但上述方法不能超過(guò)A型試片名義強(qiáng)度值的10%。若材料去除量超過(guò)限制區(qū)域，可在其后使用原噴丸時(shí)的同尺寸彈丸噴至要求的強(qiáng)度和覆蓋率。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)A100鋼試件的復(fù)合噴丸，并且噴丸后對(duì)Almen試片進(jìn)行弧高值的檢驗(yàn)和覆蓋率的檢測(cè)表明，復(fù)合噴丸符合工藝要求及規(guī)范的過(guò)程控制要求。

責(zé)任編輯馬彤

ResearchonCompoundShotPeeningProcessandQualityControlofA100SteelParts

ZHAO Yong, LI Bo

(Liaoyuan Branch, AVIC Aircraft Landing Gear Co., Ltd.，Hanzhong 723200, China)

Modern landing-gear of aircraft has the characteristic of high life and high reliability, that makes each new material, especially ultra high strength steels and titanium alloy widely used in landing-gear, hereinto, and A100 and 300M ultra high strength steels are representative. This kind of steel has advantages such as high strength, high transverse plasticity and fracture, good fatigue performance and stress corrosion resistant etc.. However, they are sensitive to stress concentrate, and surface defects such as tool marks, scratches and foreign contaminations have serious effects on their fatigue performance. Shot peening is a manner used for surface strengthen with a long time, but ultra high strength steels generally use steel shots to be strengthened. This article is mainly about compound shot peening process application and quality control of A100 steel.

landing-gear，parts made of ultra high strength steels，compound shot peening，quality control

TG 688

：A

趙勇(1978-)，男，工程師，主要從事飛機(jī)起落架生產(chǎn)過(guò)程中噴丸及焊接工藝等方面的研究。

2014-11-19