HB/Z26-2011在航空零件研制生产中的应用分析

2016-02-22张晓云纪艳玲

航空标准化与质量 2016年6期

关键词：喷丸试片覆盖率

常伟王强张晓云纪艳玲

（北京航空材料研究院，北京 100095）

HB/Z26-2011在航空零件研制生产中的应用分析

常伟王强张晓云纪艳玲

（北京航空材料研究院，北京 100095）

介绍了HB/Z 26-2011《航空零件喷丸强化工艺》在航空金属及金属基复合材料零件喷丸强化工艺优化研究和工艺实施方面的应用情况，并着重分析了在该标准的使用过程中发现的问题，进而提出了几点修订建议。

喷丸强化；航空零件；应用浅析；修订建议

喷丸强化是一种传统的表面强化技术，具有实施性好、适用面广和成本低等优点，在工作中易发生疲劳和应力腐蚀断裂的零件都可以采用喷丸强化改善其表面的机械性能[1]。目前航空金属及金属基复合材料零件的喷丸强化工艺实施基本都采用HB/ Z 26-2011《航空零件喷丸强化工艺》。近几年随着喷丸强化技术发展以及在航空零件上的大量推广应用，2009年完成制定的HB/Z 26-2011已不能完全满足目前使用要求。目前航空厂所已积累了大量新的工艺研究经验和工艺实施经验，并且经过多年的努力主要航空厂所已就部分技术内容逐渐达成共识，需将相关内容纳入HB/Z 26-2011中或对其部分条款进行修订。此外，HB/Z 26-2011的部分内容也需进行明确或细化。

本文将介绍HB/Z 26-2011的应用情况和使用过程中发现的问题，并初步提出相应修订建议。

1 HB/Z 26-2011应用情况简介

喷丸强化是我国航空厂所应用最为广泛的一种表面强化技术，现已广泛应用于发动机涡轮叶片、涡轮盘、压气机叶片等关键核心部件和飞机轴类、框梁类、起落架、壁板等重要承力部件，涉及零件材料主要包括高温合金、高强度钢、钛合金、铝合金、铝基复合材料等，对提高零件的抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能[2]，进而改善其服役安全性和延长其使用寿命具有重要意义。

HB/Z 26-2011代替了HB/Z 26-1992，根据喷丸强化技术的发展情况增加了多项技术内容，并完善了对零件喷丸检查的要求，基本能够满足当时的使用需要。HB/Z 26-2011规定了航空金属和铝基复合材料零件和部件喷丸强化的一般要求（设备、模拟件、夹具、喷丸介质、待喷零件等）、工艺流程、工艺过程、质量控制、检验和喷丸后处理等内容，作为航空行业内喷丸强化的顶层标准，被各航空厂所广泛使用，是喷丸强化工艺相关的企业标准和型号专用标准编制的重要技术依据，对规范和指导航空厂所喷丸强化工艺优化研究和工艺实施起到了重要作用，也在一定程度上促进了先进喷丸强化工艺的推广应用。

近年来喷丸强化技术得到进一步发展，喷丸强化工艺的应用范围也进一步扩展[3，4]，并且基于应用需要开展了大量喷丸强化工艺研究，随着喷丸强化工艺研究成果和应用经验的快速积累，HB/Z 26-2011中对零件喷丸强度选择的规定更加具体和更具可操作性，标准中与国外标准和国内航空厂所工艺实施现状不符的部分规定可以予以调整，其他部分技术内容可以进一步完善。

2 我国航空厂所喷丸强化相关标准使用情况

国内航空厂所喷丸介质采购、工艺实施和强化效果检验的相关标准见表1。

3 HB/Z 26-2011在使用过程中发现的问题

3.1 弹丸的规定不能覆盖目前航空主机厂所实际采用的弹丸

目前我国航空主机厂所使用的弹丸主要为进口弹丸，国产弹丸只有铸钢弹丸使用相对较多。HB/Z 26-2011中对铸钢弹丸、切丝弹丸、玻璃弹丸和陶瓷弹丸的规定分为尺寸规格和其他性能。HB/Z 26-2011以列表形式对弹丸尺寸规格进行了规定，然而玻璃弹丸和陶瓷弹丸的尺寸规格和AMS标准的规定差别较大，切制钢丝弹丸尺寸规格和AMS标准的规定也存在差别，均不能完全涵盖进口弹丸的尺寸规格。HB/Z 26-2011对其他性能的规定分别为：铸钢丸应符合YB/T 5149《铸钢丸》或其他相关标准，玻璃弹丸应符合GSB Q34001《喷丸强化用玻璃珠》或其他相关标准，陶瓷弹丸应符合HB/Z 26-2011附录A的规定，对切丝弹丸则无规定。然而AMS标准中铸钢丸标准分为普通硬度弹丸（HRC45～HRC52）和高硬度弹丸（HRC55～HRC62）两种，而YB/T 5149中规定硬度一般为HRC40～HRC50；陶瓷弹丸的规定与AMS标准基本相同，但是未对颗粒形状进行规定；切丝弹丸AMS标准中对弹丸的规定则十分详细。目前航空厂所的企业标准中大多规定采用AMS 2431系列标准对弹丸进行采购和复验，对弹丸规格的规定与HB/Z 26-2011不一致。经过行业内主机厂所共同努力，目前已形成玻璃弹丸、陶瓷弹丸和切丝弹丸的中国航空工业集团公司标准，对铸钢弹丸的详细要求也有讨论，相应的内容应纳入HB/Z 26中或形成弹丸的行业及以上标准后予以引用。此外，目前部分航空主机厂所已经开始使用高温合金弹丸，部分厂所已提出高温合金弹丸的纳标需求。

表1 国内航空厂所喷丸强化相关标准

3.2 弧高度试片的规定不合理，尤其是缺少对弧高度试片初始平面度的规定

我国航空厂所使用的弧高度试片以进口弧高度试片为主，采购和复验主要使用SAE J442《喷丸用试片、夹具及测量仪》，而HB/Z 26-2011中规定弧高度试片应符合其附录C和GSB A69001《喷丸强化弧高度标准试片》的规定，其附录C的规定较为简单，而且目前多数航空厂所没有GSB A69001《喷丸强化弧高度标准试片》。此外，由于标准中缺少弧高度试片喷丸前初始平面度检查的具体规定，造成弧高度值测量结果存在较大误差的潜在风险。国外部分企业标准规定，若平面度测量值在±0.013mm以内为合格试片，计算喷丸试片弧高度值时不需要补偿；若平面度测量值在±0.013mm～±0.038mm范围内，应保持试片同一测量面测量喷后弧高度值，该测量值减去试片初始平面度值即为试片实际喷丸弧高度值；若平面度测量值超过±0.038mm，应予以报废。由于保持试片同一测量面测量喷后弧高度值在实际执行过程中较为麻烦，在喷丸强化工艺实施过程中航空厂所往往采取简化措施，但是不同厂所执行的标准不同，例如某型号标准规定：A试片和C试片喷丸前的平直度应达到0.01mm以上（不要求补偿），N试片的平直度应达到0.015mm以上（不要求补偿）；而另一份型号标准则规定弧高度试片初始平面度应不超过±0.025mm（不要求补偿），超出要求的试片不允许使用。因此，迫切需要在行业内统一弧高度试片喷丸前初始平面度要求。

3.3 零件喷丸区域的控制要求不够明确

目前工程图样中喷丸区域经常分为内表面和外表面，因此需要针对特殊结构对内表面喷丸和外表面喷丸进行具体规定，目前一种通用的做法为：当图样规定全部外表面喷丸时，所有通孔、盲孔、顶尖孔的锥面、埋头窝、孔口倒角不应喷丸；当图样规定只对孔和沟槽的内表面喷丸时，孔和沟槽的内表面、埋头窝，孔和沟槽的锥面部位、倒角应喷丸。此外，图样中内表面和外表面的喷丸强度要求还经常不一致，需要对内表面和外表面进行界定，一般将需要采用内孔喷枪喷丸的部位均应视为内表面。再者，复杂零部件不同喷丸区域的喷丸强度要求也经常不同，而HB/Z 26-2011仅规定了非喷丸区的界限偏差要求，还需要对不同喷丸强度区域间的界限偏差进行规定，一般是小喷丸强度区域进入大喷丸强度区域的界限偏差为0～3mm。

3.4 喷丸介质选择和零件喷丸强度选择的规定需要完善

几种喷丸介质的特性存在差异，选择喷丸强度时不仅需要考虑零件的材料和厚度等因素，还需要与喷丸介质种类关联起来，而HB/Z 26-2011中仅对铝合金零件按弹丸种类进行了喷丸强度选择的细分。此外，目前多型发动机中的部分高温合金零件都采用了喷丸强化工艺，相关航空单位现已进行了大量工艺研究，并积累了大量的工艺实施经验，需要在HB/Z 26-2011中增加高温合金材料喷丸强度选择的规定。再者，目前大量的航空零件采用了复合喷丸技术，HB/Z 26-2011中也未对第一次喷丸和后续喷丸的喷丸强度如何选择进行明确规定。

3.5 表面覆盖率确定方法的规定不够完善

表面覆盖率是喷丸强化的一个重要指标，美国SAE于2003年发布了喷丸表面覆盖率判定方法标准SAE J2277《喷丸表面覆盖率判定方法》，规定了表面覆盖率低于100%时的判定方法和达到指定表面覆盖率时喷丸次数的计算方法，对实际生产具有重要指导意义。HB/Z 26-2011附录B中也规定了表面覆盖率的确定方法，但是存在如下几个方面的问题：首先，表面覆盖率低于100%时的判定方法过于简单，不具有可操作性，并且和主机厂所实际使用的方法不完全一致；其次，表面覆盖率低于100%的形貌照片仅给出了4个，实际执行过程中难以准确判定表面覆盖率；再者，未规定达到基本表面覆盖率的时间的计算方法，无法很好满足确定喷丸强化时间的需要。经过行业内主机厂所共同努力，结合各航空厂所表面覆盖率检测的实际情况，目前已形成Q/AVIC 06108-2014《喷丸强化表面覆盖率判定方法》，弥补了HB/Z 26-2011的不足，并且在参考国外标准和结合国内经验的基础上，还针对不同材料规定了喷丸表面覆盖率上下限的要求。

3.6 缺少对弹丸尺寸均匀性进行周期性检查的规定

在喷丸强化过程中弹丸高速冲击零件表面，在对零件表面施加作用力的同时，弹丸自身也会发生破碎和开裂等现象，可能造成零件实际的喷丸强度发生变化，并且可能在零件表面形成尖锐的细微划痕，形成初始裂纹降低零件疲劳寿命，对喷丸强化过程中易于开裂形成不规则形状的铸钢丸、切丝弹丸和高温合金弹丸尤其如此。HB/Z 26-2011中规定机械控制喷丸机和自动控制喷丸机应具有弹丸尺寸筛选和破碎弹丸分选装置，但是在喷丸强化工艺实施过程中无法频繁对尺寸筛选和破碎弹丸分选装置进行检查，而且HB/Z 26-2011中对手工控制喷丸机未提出这一要求，所以为了确保弹丸尺寸的均匀性，需要在HB/Z 26-2011中补充对弹丸尺寸均匀性进行周期性检查的要求，包括检查周期和具体的检查方法。

3.7 其他需要进一步完善的地方

HB/Z 26-2011中还存在一些可以进一步完善的地方，例如适用范围中的铝基复合材料应扩大为金属基复合材料；针对喷丸区域受到其它区域遮挡的复杂结构零件，应补充反弹喷丸的相关规定；采用不同的弹丸种类和喷丸机（机械控制喷丸机、数控喷丸机和手动控制喷丸机）进行喷丸强化时，喷丸强度的检验时间间隔应分别规定；补充对喷丸校形时喷丸强度和累计覆盖率的规定。

4 标准修订建议

鉴于HB/Z 26-2011对航空厂所喷丸强化工艺研究和工艺实施的重要指导作用，应结合HB/Z 26-2011发布实施以来发现的问题进行修订，以进一步提高其可操作性。

参考AMS 2431系列标准，结合国产弹丸的实际情况，将已经形成（及已经初步讨论待编制）的弹丸验收Q/AVIC标准上升为航空行业标准，对弹丸的检验要求、检验分类、检验规则和检验方法等进行明确规定；建议在Q/AVIC 06108《喷丸强化表面覆盖率判定方法》的基础上制定相应航空行业标准。建议形成相应行业及以上标准后予以引用或将相关内容纳入HB/Z 26中。

结合我国航空厂所喷丸强化工艺研究成果和工艺实施积累的经验，参考国外同类标准，补充完善喷丸区域的控制要求，细化和完善不同材料和不同厚度的零件喷丸介质选择和零件喷丸强度选择的规定，补充弹丸尺寸均匀性周期性检查的规定，明确弧高度试片初始平面度要求。

对标准中其他需要完善之处进行调整或细化。