耐高溫合金材料疲勞裂紋往往容易在零件或試樣表面形核,機加工耐高溫合金材料后表面存在的殘余拉應力要嚴重損害耐高溫合金材料的疲勞性能,通常室溫疲勞強度與耐高溫合金材料平均應力的關系非常密切。我們可以通過一些計算公式進行分析,在這些公式中a為疲勞強度,b為拉伸強度,m為平均應力,-1為對稱循環疲勞強度。顯然,如果殘余拉應力為1/2 b時,則疲勞強度就會降低一半。發動機的許多零件就是由于這種原因造成過早破壞。
耐高溫合金材料經噴丸處理后,從室溫至700℃的高溫高速旋轉彎曲疲勞極限(107)均獲得明顯改善。從表7-20[73]可以看出,對室溫疲勞極限光滑試樣提高了70%,缺口試樣提高了77%;在300℃和500℃的光滑試樣疲勞極限都提高了38%;550℃缺口疲勞極限提高25%;即使溫度高達700℃,疲勞極限還可提高12%。噴丸處理時,丸粒以垂直的方向沖擊零件或試樣表面,表層金屬沿著切向發生流變,由于基體金屬的約束,在表面形成殘余壓應力。
對于耐高溫合金材料,其大小接近屈服強度,深度約0.1mm~ 0.2mm,因而有利于室溫和中溫疲勞強度的改善。經噴丸處理的高溫合金零件,通常適宜于中溫即再結晶溫度以下應用。如渦輪盤和渦輪葉片的榫齒和火焰筒的一些中溫部位,常常采用這種表面強化工藝。鎳基鑄造高溫合金K438和K4537渦輪葉片榫齒、鎳基變形合金和葉片榫齒表面,以及耐高溫合金材料零件表面的局部都需進行噴丸處理,以提高疲勞性能。

耐高溫合金材料渦輪盤和渦輪葉片榫齒部分,采用0.1mm玻璃丸,0.3MPa~0.56MPa氣壓,噴丸70s~120s,以改善中溫疲勞強度。Imconel 718合金在535℃時仍然可以保持噴丸強化的有益作用[75]。Udimet 700合金噴玻璃丸后,室溫疲勞裂紋的傳播速度比電拋光狀態慢了10000倍[76]。國內外許多航空發動機和燃氣輪機高溫合金零件目前仍應用這種表面強化工藝。
耐高溫合金材料噴丸處理,只要工藝參數合適,不僅可以消除這種有害的拉應力,而且還可以產生壓應力,從式7-7不難看出,這對改善疲勞強度十分有利。機械加工后零件表面留下的不完整性也可通過電拋光或者氬氣保護下的消除表面殘余應力退火工藝獲得改善,如耐高溫合金材料機加工后零件需進行電解拋光,耐高溫合金材料機加工后零件需進行消除應力退火等,但提高疲勞性能的效果遠不如噴丸處理。
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