噴丸強化純鋁表面完整性的數值研究*

（安徽理工大學機械工程學院，淮南 232001）

機械零部件的失效大多起源于其表面及亞表面，原因在于金屬材料表面不能勝任苛刻的服役條件，例如磨損、疲勞、腐蝕和表面氧化等。零部件表面的幾何形貌、粗糙度、殘余應力狀態、加工硬化和顯微組織結構等參量共同決定著其失效抗力，這些參量之和統稱為表面完整性[1]。因此，提高材料的表面完整性，對于延長機械零部件的使用壽命和發揮材料的潛力起著重要的作用。

噴丸強化是一種十分靈活并且經濟高效的表面強化技術，廣泛應用于航空航天、車輛、船舶、醫藥、核電、國防軍工和過程機械等領域。在噴丸強化過程中，彈丸流從噴嘴中發射，以20～150m/s的速度沖擊工件表面，好似成千上萬個小金屬錘連續擊打受噴表面，使得工件表層材料在再結晶溫度下產生拉伸彈塑性變形，不均勻的彈塑性變形會促使材料表面硬化[2]，引入殘余壓應力[3]，并誘導表層晶粒細化[4]，但也會在受噴表面上產生很多的凹坑，造成一定大小的表面粗糙度[5]。張少平等[6]研究了噴丸強化對TC17鈦合金表面完整性，并將噴丸強化提高疲勞壽命的機制歸結于引入較深的殘余壓應力層，較高的表面硬化程度和表層晶粒的細化。錢昂等[7]對AerMet100 鋼進行了噴丸強化處理并開展了表面完整性測試，分析了噴丸強化對材料表面形貌、粗糙度、晶粒細化程度、硬度、殘余應力和顯微組織的影響，發現噴丸強化能夠有效提高材料的表面完整性，顯著提高了AerMet100鋼的疲勞抗力和疲勞壽命。……