常 偉 王 強(qiáng) 張曉云 紀(jì)艷玲

（北京航空材料研究院，北京 100095）

HB/Z26-2011在航空零件研制生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

常 偉 王 強(qiáng) 張曉云 紀(jì)艷玲

（北京航空材料研究院，北京 100095）

介紹了HB/Z 26-2011《航空零件噴丸強(qiáng)化工藝》在航空金屬及金屬基復(fù)合材料零件噴丸強(qiáng)化工藝優(yōu)化研究和工藝實(shí)施方面的應(yīng)用情況，并著重分析了在該標(biāo)準(zhǔn)的使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)而提出了幾點(diǎn)修訂建議。

噴丸強(qiáng)化；航空零件；應(yīng)用淺析；修訂建議

噴丸強(qiáng)化是一種傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化技術(shù)，具有實(shí)施性好、適用面廣和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在工作中易發(fā)生疲勞和應(yīng)力腐蝕斷裂的零件都可以采用噴丸強(qiáng)化改善其表面的機(jī)械性能[1]。目前航空金屬及金屬基復(fù)合材料零件的噴丸強(qiáng)化工藝實(shí)施基本都采用HB/ Z 26-2011《航空零件噴丸強(qiáng)化工藝》。近幾年隨著噴丸強(qiáng)化技術(shù)發(fā)展以及在航空零件上的大量推廣應(yīng)用，2009年完成制定的HB/Z 26-2011已不能完全滿足目前使用要求。目前航空廠所已積累了大量新的工藝研究經(jīng)驗(yàn)和工藝實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，并且經(jīng)過(guò)多年的努力主要航空廠所已就部分技術(shù)內(nèi)容逐漸達(dá)成共識(shí)，需將相關(guān)內(nèi)容納入HB/Z 26-2011中或?qū)ζ洳糠謼l款進(jìn)行修訂。此外，HB/Z 26-2011的部分內(nèi)容也需進(jìn)行明確或細(xì)化。

本文將介紹HB/Z 26-2011的應(yīng)用情況和使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，并初步提出相應(yīng)修訂建議。

1 HB/Z 26-2011應(yīng)用情況簡(jiǎn)介

噴丸強(qiáng)化是我國(guó)航空廠所應(yīng)用最為廣泛的一種表面強(qiáng)化技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、渦輪盤、壓氣機(jī)葉片等關(guān)鍵核心部件和飛機(jī)軸類、框梁類、起落架、壁板等重要承力部件，涉及零件材料主要包括高溫合金、高強(qiáng)度鋼、鈦合金、鋁合金、鋁基復(fù)合材料等，對(duì)提高零件的抗疲勞性能和抗應(yīng)力腐蝕性能[2]，進(jìn)而改善其服役安全性和延長(zhǎng)其使用壽命具有重要意義。

HB/Z 26-2011代替了HB/Z 26-1992，根據(jù)噴丸強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展情況增加了多項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容，并完善了對(duì)零件噴丸檢查的要求，基本能夠滿足當(dāng)時(shí)的使用需要。HB/Z 26-2011規(guī)定了航空金屬和鋁基復(fù)合材料零件和部件噴丸強(qiáng)化的一般要求（設(shè)備、模擬件、夾具、噴丸介質(zhì)、待噴零件等）、工藝流程、工藝過(guò)程、質(zhì)量控制、檢驗(yàn)和噴丸后處理等內(nèi)容，作為航空行業(yè)內(nèi)噴丸強(qiáng)化的頂層標(biāo)準(zhǔn)，被各航空廠所廣泛使用，是噴丸強(qiáng)化工藝相關(guān)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和型號(hào)專用標(biāo)準(zhǔn)編制的重要技術(shù)依據(jù)，對(duì)規(guī)范和指導(dǎo)航空廠所噴丸強(qiáng)化工藝優(yōu)化研究和工藝實(shí)施起到了重要作用，也在一定程度上促進(jìn)了先進(jìn)噴丸強(qiáng)化工藝的推廣應(yīng)用。

近年來(lái)噴丸強(qiáng)化技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展，噴丸強(qiáng)化工藝的應(yīng)用范圍也進(jìn)一步擴(kuò)展[3，4]，并且基于應(yīng)用需要開展了大量噴丸強(qiáng)化工藝研究，隨著噴丸強(qiáng)化工藝研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的快速積累，HB/Z 26-2011中對(duì)零件噴丸強(qiáng)度選擇的規(guī)定更加具體和更具可操作性，標(biāo)準(zhǔn)中與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)航空廠所工藝實(shí)施現(xiàn)狀不符的部分規(guī)定可以予以調(diào)整，其他部分技術(shù)內(nèi)容可以進(jìn)一步完善。

2 我國(guó)航空廠所噴丸強(qiáng)化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)使用情況

國(guó)內(nèi)航空廠所噴丸介質(zhì)采購(gòu)、工藝實(shí)施和強(qiáng)化效果檢驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

3 HB/Z 26-2011在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 彈丸的規(guī)定不能覆蓋目前航空主機(jī)廠所實(shí)際采用的彈丸

目前我國(guó)航空主機(jī)廠所使用的彈丸主要為進(jìn)口彈丸，國(guó)產(chǎn)彈丸只有鑄鋼彈丸使用相對(duì)較多。HB/Z 26-2011中對(duì)鑄鋼彈丸、切絲彈丸、玻璃彈丸和陶瓷彈丸的規(guī)定分為尺寸規(guī)格和其他性能。HB/Z 26-2011以列表形式對(duì)彈丸尺寸規(guī)格進(jìn)行了規(guī)定，然而玻璃彈丸和陶瓷彈丸的尺寸規(guī)格和AMS標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定差別較大，切制鋼絲彈丸尺寸規(guī)格和AMS標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定也存在差別，均不能完全涵蓋進(jìn)口彈丸的尺寸規(guī)格。HB/Z 26-2011對(duì)其他性能的規(guī)定分別為：鑄鋼丸應(yīng)符合YB/T 5149《鑄鋼丸》或其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，玻璃彈丸應(yīng)符合GSB Q34001《噴丸強(qiáng)化用玻璃珠》或其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，陶瓷彈丸應(yīng)符合HB/Z 26-2011附錄A的規(guī)定，對(duì)切絲彈丸則無(wú)規(guī)定。然而AMS標(biāo)準(zhǔn)中鑄鋼丸標(biāo)準(zhǔn)分為普通硬度彈丸（HRC45～HRC52）和高硬度彈丸（HRC55～HRC62）兩種，而YB/T 5149中規(guī)定硬度一般為HRC40～HRC50；陶瓷彈丸的規(guī)定與AMS標(biāo)準(zhǔn)基本相同，但是未對(duì)顆粒形狀進(jìn)行規(guī)定；切絲彈丸AMS標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)彈丸的規(guī)定則十分詳細(xì)。目前航空廠所的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中大多規(guī)定采用AMS 2431系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)彈丸進(jìn)行采購(gòu)和復(fù)驗(yàn)，對(duì)彈丸規(guī)格的規(guī)定與HB/Z 26-2011不一致。經(jīng)過(guò)行業(yè)內(nèi)主機(jī)廠所共同努力，目前已形成玻璃彈丸、陶瓷彈丸和切絲彈丸的中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鑄鋼彈丸的詳細(xì)要求也有討論，相應(yīng)的內(nèi)容應(yīng)納入HB/Z 26中或形成彈丸的行業(yè)及以上標(biāo)準(zhǔn)后予以引用。此外，目前部分航空主機(jī)廠所已經(jīng)開始使用高溫合金彈丸，部分廠所已提出高溫合金彈丸的納標(biāo)需求。

表1 國(guó)內(nèi)航空廠所噴丸強(qiáng)化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 弧高度試片的規(guī)定不合理，尤其是缺少對(duì)弧高度試片初始平面度的規(guī)定

我國(guó)航空廠所使用的弧高度試片以進(jìn)口弧高度試片為主，采購(gòu)和復(fù)驗(yàn)主要使用SAE J442《噴丸用試片、夾具及測(cè)量?jī)x》，而HB/Z 26-2011中規(guī)定弧高度試片應(yīng)符合其附錄C和GSB A69001《噴丸強(qiáng)化弧高度標(biāo)準(zhǔn)試片》的規(guī)定，其附錄C的規(guī)定較為簡(jiǎn)單，而且目前多數(shù)航空廠所沒(méi)有GSB A69001《噴丸強(qiáng)化弧高度標(biāo)準(zhǔn)試片》。此外，由于標(biāo)準(zhǔn)中缺少弧高度試片噴丸前初始平面度檢查的具體規(guī)定，造成弧高度值測(cè)量結(jié)果存在較大誤差的潛在風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)外部分企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若平面度測(cè)量值在±0.013mm以內(nèi)為合格試片，計(jì)算噴丸試片弧高度值時(shí)不需要補(bǔ)償；若平面度測(cè)量值在±0.013mm～±0.038mm范圍內(nèi)，應(yīng)保持試片同一測(cè)量面測(cè)量噴后弧高度值，該測(cè)量值減去試片初始平面度值即為試片實(shí)際噴丸弧高度值；若平面度測(cè)量值超過(guò)±0.038mm，應(yīng)予以報(bào)廢。由于保持試片同一測(cè)量面測(cè)量噴后弧高度值在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中較為麻煩，在噴丸強(qiáng)化工藝實(shí)施過(guò)程中航空廠所往往采取簡(jiǎn)化措施，但是不同廠所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)不同，例如某型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：A試片和C試片噴丸前的平直度應(yīng)達(dá)到0.01mm以上（不要求補(bǔ)償），N試片的平直度應(yīng)達(dá)到0.015mm以上（不要求補(bǔ)償）；而另一份型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定弧高度試片初始平面度應(yīng)不超過(guò)±0.025mm（不要求補(bǔ)償），超出要求的試片不允許使用。因此，迫切需要在行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一弧高度試片噴丸前初始平面度要求。

3.3 零件噴丸區(qū)域的控制要求不夠明確

目前工程圖樣中噴丸區(qū)域經(jīng)常分為內(nèi)表面和外表面，因此需要針對(duì)特殊結(jié)構(gòu)對(duì)內(nèi)表面噴丸和外表面噴丸進(jìn)行具體規(guī)定，目前一種通用的做法為：當(dāng)圖樣規(guī)定全部外表面噴丸時(shí)，所有通孔、盲孔、頂尖孔的錐面、埋頭窩、孔口倒角不應(yīng)噴丸；當(dāng)圖樣規(guī)定只對(duì)孔和溝槽的內(nèi)表面噴丸時(shí)，孔和溝槽的內(nèi)表面、埋頭窩，孔和溝槽的錐面部位、倒角應(yīng)噴丸。此外，圖樣中內(nèi)表面和外表面的噴丸強(qiáng)度要求還經(jīng)常不一致，需要對(duì)內(nèi)表面和外表面進(jìn)行界定，一般將需要采用內(nèi)孔噴槍噴丸的部位均應(yīng)視為內(nèi)表面。再者，復(fù)雜零部件不同噴丸區(qū)域的噴丸強(qiáng)度要求也經(jīng)常不同，而HB/Z 26-2011僅規(guī)定了非噴丸區(qū)的界限偏差要求，還需要對(duì)不同噴丸強(qiáng)度區(qū)域間的界限偏差進(jìn)行規(guī)定，一般是小噴丸強(qiáng)度區(qū)域進(jìn)入大噴丸強(qiáng)度區(qū)域的界限偏差為0～3mm。

3.4 噴丸介質(zhì)選擇和零件噴丸強(qiáng)度選擇的規(guī)定需要完善

幾種噴丸介質(zhì)的特性存在差異，選擇噴丸強(qiáng)度時(shí)不僅需要考慮零件的材料和厚度等因素，還需要與噴丸介質(zhì)種類關(guān)聯(lián)起來(lái)，而HB/Z 26-2011中僅對(duì)鋁合金零件按彈丸種類進(jìn)行了噴丸強(qiáng)度選擇的細(xì)分。此外，目前多型發(fā)動(dòng)機(jī)中的部分高溫合金零件都采用了噴丸強(qiáng)化工藝，相關(guān)航空單位現(xiàn)已進(jìn)行了大量工藝研究，并積累了大量的工藝實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，需要在HB/Z 26-2011中增加高溫合金材料噴丸強(qiáng)度選擇的規(guī)定。再者，目前大量的航空零件采用了復(fù)合噴丸技術(shù)，HB/Z 26-2011中也未對(duì)第一次噴丸和后續(xù)噴丸的噴丸強(qiáng)度如何選擇進(jìn)行明確規(guī)定。

3.5 表面覆蓋率確定方法的規(guī)定不夠完善

表面覆蓋率是噴丸強(qiáng)化的一個(gè)重要指標(biāo)，美國(guó)SAE于2003年發(fā)布了噴丸表面覆蓋率判定方法標(biāo)準(zhǔn)SAE J2277《噴丸表面覆蓋率判定方法》，規(guī)定了表面覆蓋率低于100%時(shí)的判定方法和達(dá)到指定表面覆蓋率時(shí)噴丸次數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。HB/Z 26-2011附錄B中也規(guī)定了表面覆蓋率的確定方法，但是存在如下幾個(gè)方面的問(wèn)題：首先，表面覆蓋率低于100%時(shí)的判定方法過(guò)于簡(jiǎn)單，不具有可操作性，并且和主機(jī)廠所實(shí)際使用的方法不完全一致；其次，表面覆蓋率低于100%的形貌照片僅給出了4個(gè)，實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中難以準(zhǔn)確判定表面覆蓋率；再者，未規(guī)定達(dá)到基本表面覆蓋率的時(shí)間的計(jì)算方法，無(wú)法很好滿足確定噴丸強(qiáng)化時(shí)間的需要。經(jīng)過(guò)行業(yè)內(nèi)主機(jī)廠所共同努力，結(jié)合各航空廠所表面覆蓋率檢測(cè)的實(shí)際情況，目前已形成Q/AVIC 06108-2014《噴丸強(qiáng)化表面覆蓋率判定方法》，彌補(bǔ)了HB/Z 26-2011的不足，并且在參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)合國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還針對(duì)不同材料規(guī)定了噴丸表面覆蓋率上下限的要求。

3.6 缺少對(duì)彈丸尺寸均勻性進(jìn)行周期性檢查的規(guī)定

在噴丸強(qiáng)化過(guò)程中彈丸高速?zèng)_擊零件表面，在對(duì)零件表面施加作用力的同時(shí)，彈丸自身也會(huì)發(fā)生破碎和開裂等現(xiàn)象，可能造成零件實(shí)際的噴丸強(qiáng)度發(fā)生變化，并且可能在零件表面形成尖銳的細(xì)微劃痕，形成初始裂紋降低零件疲勞壽命，對(duì)噴丸強(qiáng)化過(guò)程中易于開裂形成不規(guī)則形狀的鑄鋼丸、切絲彈丸和高溫合金彈丸尤其如此。HB/Z 26-2011中規(guī)定機(jī)械控制噴丸機(jī)和自動(dòng)控制噴丸機(jī)應(yīng)具有彈丸尺寸篩選和破碎彈丸分選裝置，但是在噴丸強(qiáng)化工藝實(shí)施過(guò)程中無(wú)法頻繁對(duì)尺寸篩選和破碎彈丸分選裝置進(jìn)行檢查，而且HB/Z 26-2011中對(duì)手工控制噴丸機(jī)未提出這一要求，所以為了確保彈丸尺寸的均勻性，需要在HB/Z 26-2011中補(bǔ)充對(duì)彈丸尺寸均勻性進(jìn)行周期性檢查的要求，包括檢查周期和具體的檢查方法。

3.7 其他需要進(jìn)一步完善的地方

HB/Z 26-2011中還存在一些可以進(jìn)一步完善的地方，例如適用范圍中的鋁基復(fù)合材料應(yīng)擴(kuò)大為金屬基復(fù)合材料；針對(duì)噴丸區(qū)域受到其它區(qū)域遮擋的復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，應(yīng)補(bǔ)充反彈噴丸的相關(guān)規(guī)定；采用不同的彈丸種類和噴丸機(jī)（機(jī)械控制噴丸機(jī)、數(shù)控噴丸機(jī)和手動(dòng)控制噴丸機(jī)）進(jìn)行噴丸強(qiáng)化時(shí)，噴丸強(qiáng)度的檢驗(yàn)時(shí)間間隔應(yīng)分別規(guī)定；補(bǔ)充對(duì)噴丸校形時(shí)噴丸強(qiáng)度和累計(jì)覆蓋率的規(guī)定。

4 標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

鑒于HB/Z 26-2011對(duì)航空廠所噴丸強(qiáng)化工藝研究和工藝實(shí)施的重要指導(dǎo)作用，應(yīng)結(jié)合HB/Z 26-2011發(fā)布實(shí)施以來(lái)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行修訂，以進(jìn)一步提高其可操作性。

參考AMS 2431系列標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)產(chǎn)彈丸的實(shí)際情況，將已經(jīng)形成（及已經(jīng)初步討論待編制）的彈丸驗(yàn)收Q/AVIC標(biāo)準(zhǔn)上升為航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)彈丸的檢驗(yàn)要求、檢驗(yàn)分類、檢驗(yàn)規(guī)則和檢驗(yàn)方法等進(jìn)行明確規(guī)定；建議在Q/AVIC 06108《噴丸強(qiáng)化表面覆蓋率判定方法》的基礎(chǔ)上制定相應(yīng)航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。建議形成相應(yīng)行業(yè)及以上標(biāo)準(zhǔn)后予以引用或?qū)⑾嚓P(guān)內(nèi)容納入HB/Z 26中。

結(jié)合我國(guó)航空廠所噴丸強(qiáng)化工藝研究成果和工藝實(shí)施積累的經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)充完善噴丸區(qū)域的控制要求，細(xì)化和完善不同材料和不同厚度的零件噴丸介質(zhì)選擇和零件噴丸強(qiáng)度選擇的規(guī)定，補(bǔ)充彈丸尺寸均勻性周期性檢查的規(guī)定，明確弧高度試片初始平面度要求。

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中其他需要完善之處進(jìn)行調(diào)整或細(xì)化。

5 結(jié)論

HB/Z 26-2011基本滿足了標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)噴丸強(qiáng)化工藝研究和工藝實(shí)施的需要，也促進(jìn)了先進(jìn)噴丸強(qiáng)化工藝的應(yīng)用，但是隨著噴丸強(qiáng)化技術(shù)的進(jìn)步和噴丸強(qiáng)化應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，以及噴丸強(qiáng)化經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)一步積累，有必要及時(shí)進(jìn)行修訂。修訂后的標(biāo)準(zhǔn)將能夠更好地指導(dǎo)噴丸強(qiáng)化工藝的應(yīng)用。

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（編輯：雨晴）

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1003-6660（2016）06-0017-04

10.13237/j.cnki.asq.2016.06.004