[发明专利]一种改善排气机匣表面质量的强化方法

说明书

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种改善排气机匣表面质量的强化方法；本发明通过固定装置将排气机匣固定在机械手法兰盘上，使排气机匣的支板的圆角经激光冲击+机械喷丸两种表面强化方法处理后，表面残余压应力值可达到－800MPa～－1000MPa，硬化层的深度0.2～0.3mm，表面粗糙度值Ra2.0μm～Ra3.2μm；该方法处理后，在647℃、大气氛围下热暴露500h后，表面残余应力分布仍然残留，处于－200MPa～－500MPa范围，硬化层的深度仍然保持在0.2～0.3mm，表面粗糙度值未发生显著变化，良好的高温热稳定性有利于提高排气机匣的服役寿命，在排气机匣的待强化区获得高幅值的表面残余压应力分布和深层的硬化层，并显著降低待强化区的表面粗糙度值，从而为改善排气机匣表面质量、提高高温疲劳性能。

技术领域

本发明属于零件表面处理技术，涉及一种改善排气机匣表面质量的强化方法。

背景技术

航空发动机排气机匣位于发动机的尾部，主要用于固定发动机涡轮部件，并输出剩余燃气。排气机匣通常采用高温合金铸造，承受着高温热流冲击、循环载荷等多重载荷，服役后，在支板的圆角和引射槽等部位易发生高温疲劳失效。主要原因在于：1)铸造后的排气机匣表面存在残余拉应力分布，在交变载荷作用下，支板的圆角、引射槽等高应力集中部位易发生疲劳裂纹的萌生与扩展；2)铸造后的排气机匣的表面粗糙度值较大(≥Ra6.0μm)，产生较高的局部表面应力集中，也易诱发疲劳裂纹。目前，改善排气机匣的主要方法是采用去应力退火降低表面残余拉应力，再采用振动光饰降低表面粗糙度值。该方法可在一定程度上降低残余拉应力的幅值，并适当降低表面粗糙度值(Ra3.2μm～Ra6.0μm)，但是，并不能使表面产生高幅值残余压应力分布和深层的组织硬化层，对高温疲劳性能的提升也非常有限，因此，亟需一种新型的表面处理技术显著改善排气机匣的表面质量，提高高温疲劳性能。

发明内容

本发明的目的是：提出一种改善排气机匣表面质量的强化方法，在排气机匣的待强化区获得高幅值的表面残余压应力分布和深层的硬化层，并显著降低待强化区的表面粗糙度值，从而为改善排气机匣表面质量、提高高温疲劳性能提供一种技术途径。

本发明的技术方案是：

一种改善排气机匣表面质量的强化方法，其特征在于：

(1)零件固定：将排气机匣通过固定装置固定在机械手法兰盘上；

(2)激光冲击强化：采用胶带或铝箔布施在排气机匣的待强化区域表面，并在待强化区域表面布施一层稳定流动的水膜，水膜的厚度1mm～3mm，宽度5mm～15mm，采用激光冲击强化设备对排气机匣的待强化区域进行表面强化，工艺参数如下：激光功率密度范围为1GW/cm2～10GW/cm2，有效光斑尺寸为Ф1mm～Ф5mm，激光脉宽为10nm～28nm，光斑间搭接率30％～70％，激光扫描方式为S型或II型。

(3)机械喷丸强化：采用胶带对排气机匣的配合面、螺纹孔禁喷区进行遮蔽，采用气动式机械喷丸强化设备对排气机匣的待强化区域进行二次表面强化，工艺参数如下：弹丸为陶瓷弹丸，喷丸强度为0.07A～0.30A，喷丸覆盖率100％～400％；

(4)清洁：撕掉胶带，采用压缩空气吹掉排气机匣的表面残留的弹丸，采用酒精、丙酮清洁排气机匣的所有表面，干燥后包装并装箱。

所述待强化区域为排气机匣的支板的圆角，以及与圆角接壤的盘体和支板表面，这些表面与圆角的距离范围为0～50mm。

所述先对排气机匣的支板的大面的圆角进行激光冲击强化，逐面进行强化；再对排气机匣的支板的侧面的圆角进行激光冲击强化，逐面进行强化；大面和侧面上允许重叠的边界范围为1mm～5mm。

机械喷丸强化区域应覆盖整个激光冲击强化区域，且面积比激光冲击强化区域的面积大5％～25％。

激光冲击强化后表面粗糙度值不超过Ra3.2μm。