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Finland喷丸强化技术在航空航天领域的成功案例
航空航天应用中的喷丸强化成功案例
喷丸强化已经被证明能够通过防止金属零件发生疲劳、摩擦疲劳、应力腐蚀开裂以及多种其他失效机理，显著延长其服役寿命并提升性能。以下是一些在航空航天领域的成功应用案例：
- 辅助动力装置（APU）排气管道
- NASA 兰利裂纹扩展研究
- 涡轮发动机风扇盘
- 涡轮发动机高压压气机转子
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辅助动力装置（APU）排气管道
某一类型的辅助动力装置（APU）用于在飞机主发动机关闭、停放在地面时为飞机提供电力。其管状排气管道采用端对端焊接结构，由耐高温的 8009 铝合金制成。对焊接状态试样在拉-拉疲劳条件下进行测试，在 3,000 周期时测得的疲劳强度为 23 ksi（156 MPa）。对焊缝进行玻璃珠喷丸后，疲劳强度提升了 13%，达到 26 ksi（180 MPa）。
NASA 兰利裂纹扩展研究
NASA 的工程师对 2024-T3 铝合金在喷丸和未喷丸条件下的裂纹扩展速率进行了研究。试样在初始裂纹长度为 0.050″（1.27 mm）的情况下进行疲劳试验直至断裂。（需要指出的是，美国空军在损伤容限设计中采用的“危险缺陷尺寸”同样为 0.050″（1.27 mm）。）研究发现，当包含喷丸工艺时，裂纹扩展被显著延缓。如下所示，在净应力为 15 ksi（104 MPa）的条件下，剩余寿命提高了 237%；在净应力为 20 ksi（138 MPa）的条件下，剩余寿命提高了 81%。
该试验所采用的条件比真实服役条件更为严苛。实际工况下一般不会存在初始缺陷，因此在相同应力水平下，疲劳寿命的改善有望优于试验结果。（关于试样制备说明：首先通过电火花加工（EDM）在表面加工出缺口，然后在疲劳载荷下加载，直至裂纹扩展到约 0.050″（1.27 mm）。如果试样需要喷丸，则在裂纹扩展到 0.050″（1.27 mm）后再进行喷丸处理。前述结果即以此状态为起点进行测试。）
涡轮发动机风扇盘
1991 年，联邦航空管理局（FAA）发布了一项适航指令，要求对低压风扇盘进行裂纹检查。当时在美国和欧洲有超过 5,000 台此类发动机在公务机上服役。FAA 要求，对那些在风扇叶片燕尾榫槽加工后未进行枪式（喷丸）强化处理的发动机进行检查。对于未进行枪式喷丸的风扇盘，其允许服役寿命须从 10,000 个循环（起飞和着陆）降至 4,100 个循环。在达到 4,100 个循环之前，若按 AMS 2432（计算机监控喷丸工艺）标准对风扇盘进行枪式喷丸返工，则可获准延长 3,000 个循环的寿命。
涡轮发动机高压压气机转子
两家全球领先的喷气式涡轮发动机制造商联合生产高压压气机转子。各个部件由锻造钛合金（Ti 4Al-6V）机加工而成，然后进行焊接。测试得出了以下结果：
- 仅焊接状态 – 4,000 次循环*
- 焊接并抛光 – 6,000 次循环
- 焊接并喷丸 – 16,000 次循环
Lance Peening 的 Fan Disk
