高压水射流冲击材料表面强化的研究

高压水冲击强化是一种新的表面强化方法，通过改善零件的表面状态而提高疲劳寿命，虽然该项技术从提出至今仅短短4-5年时间，但由于与传统喷丸相比具有强化效果好、成本低、便于实现自动化和切割／强化／成形复合加工等诸多优点，国外有关研究机构已经对其开展了一系列研究。在航空领域，传统喷丸技术已经被广泛应用于一些重要零部件如航空发动机叶片、起落架和机翼壁板等的表面强化处理，以达到提高疲劳强度、延长零件使用寿命的目的。因此，如果高压水冲击强化技术能够部分取代现有航空零件的传统喷丸技术，将可以进一步提高这些零件的疲劳寿命，从而提高整个飞机和发动机的整体性能。 到目前为止，国内还没有开展高压水冲击强化技术的研究，但在硬件设备上已经具备条件，鉴于此项技术的潜在优势，此项技术的应用基础研究亟待开展。 本文通过淹没射流的方法，选用铝合金7075T651、钛合金TC4作为实验材料，研究了高压水射流工艺参数对于冲击强化的影响规律，并测试了材料表面强化效果。结果表明：高压水射流的靶距、射流时间和水射流压力均对其冲蚀能力具有重要影响，三种参数在一定范围都存在影响冲蚀能力的平缓平台区；铝合金7075T651试件经高压水冲击强化后其拉伸疲劳极限比未强化、喷丸强化条件下分别提高了22％和6.6％；钛合金TC4提高了8.2％，比喷丸强化提高2％。由于高压水强化比喷丸强化得到了更好的表面状态质量，表面轮廓连贯平滑、浅表层压应力高而能更大程度提高强化件的疲劳性能。