[发明专利]用于增强构件表面光度的喷丸方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于改善物品表面的方法。更具体地说，本发明涉及喷丸(peening)方法，通过该方法能提高构件的机械性能和表面光度(或表面光整度，surface finish)特性。

背景技术

喷丸强化(shot peening)是一种能够通过其改善构件的表面及紧邻的下层基底区域以表现出性能提高的方法，包括通过引起残余压应力而提高抗疲劳以及外来物体破坏的性能。涡轮机械的一些构件，包括由钢、钛基合金和超合金制成的翼型构件，如燃气涡轮叶片、蒸汽涡轮叶片以及燃气涡轮发动机叶片，可能需要以相对高的强度对其翼型表面进行完全的喷丸强化，例如，在N级阿尔门(Almen N)试片上Almen强度(或喷丸强度)为10N(在A级Almen试片上约为3A)或更高，以获得所需的表面性能(此处涉及的所有喷丸强度均在Almen A级或Almen N级试片上予以量化)。但是，高强度下的喷丸强化易于导致翼型表面明显地表面粗糙化，例如，约90微英寸(约2.3微米)Ra或更高，这可能损害叶片的动力学性能以及涡轮的整体性能。表面粗糙度的升高还有助于粘附空中污染物、腐蚀物以及侵蚀物，它们的沉积物可能会促进缝隙点蚀、应力腐蚀裂纹以及疲劳损耗。

为了降低由喷丸导致的粗糙度，通常对压缩机叶片进行抛光处理，例如长时间的滚筒抛光(或滚光，tumbling)、液体打磨、拉拔抛光、化学蚀刻或者其它的方法，以使表面光度变为能够更为接受的水平，如Ra为35微英寸(约0.9微米)。但是，最终获得的表面光度通常高于进行喷丸前的初始翼型表面的光度。除了增加生产成本和周期时间外，喷丸强化后的抛光处理还可能由于消除残余压应力层而抵消了因喷丸强化所获得的益处，而且在此情况下还可能导致尺寸变形。

发明内容

本发明提供一种用于处理构件表面以提高其表面光度并在构件的临近表面的区域中引起残余压应力的方法。

根据本发明的第一方面，该方法需要进行第一喷丸操作以在构件的临近表面的区域中形成残余压应力层，然后至少进行第二喷丸操作以促成对构件的表面进行表面光滑，同时保持在构件的临近表面的区域中的残余压应力。第一喷丸操作包括使用第一玻璃珠媒介(media)以第一强度进行湿玻璃珠喷丸，以及第二喷丸操作包括使用第二玻璃珠媒介以第二强度进行湿玻璃珠喷丸，其中，第二强度低于第一强度并且第二玻璃珠媒介比第一玻璃珠媒介小。

根据本发明的优选方面，该方法在此种的喷丸条件下获得平滑的表面光度而无需进行喷丸后的抛光处理，此种抛光处理易于去除由第一喷丸操作引起的期望的残余压应力层并且可能导致构件的尺寸变形。通过取消在喷丸之后进行抛光，本发明还能明显地减少构件的生产时间和成本。

本发明的其它方面和优势根据下面的详细说明将更好理解。

附图说明

图1是绘制了在燃气轮机的压缩机叶片上进行三种表面处理而引起残余压应力的硬化深度(case depth)的示图。

图2是绘制了在燃气轮机的压缩机叶片上进行五种不同的表面处理所产生的表面粗糙度数据的示图。

图3和图4是扫描显微图像，显示了其数据已在图2中示出的压缩机叶片的两个表面的形态。

具体实施方式

本发明主要适用于如下构件：其受益于喷丸强化效果，包括提高的疲劳特性，而且要求Ra小于35微英寸(约0.9微米)的相对较平滑的表面光度，例如Ra为25微英寸(约0.6微米)或更低，它们不能通过常规的喷丸强化方法获得。此类构件的显著实例包括涡轮机械的翼型构件，包括由钢、钛基合金和超合金制成的燃气涡轮叶片、蒸汽涡轮叶片以及燃气涡轮发动机叶片，它们的翼型部承受高疲劳载荷。虽然本发明的优点将参照压缩机叶片进行说明，但是本发明的教导内容通常适用于受益于平滑的表面光度和抗疲劳性能的任何构件。