喷丸强化技术是一种材料表面机械冷加工方法，借助高速运动弹丸流或高能冲击波撞击材料的表面，使材料表层发生弹塑性变形，呈现较好的表面完整性，从而提高材料的抗疲劳强度、微动疲劳抗力及损伤容限性能的一种表面强化方法。在航空工业中，航空零件的表面完整性直接影响其使用性能和服役能力，特别是零件的疲劳使用性能。喷丸强化技术通过改变材料表面完整性显著提高各类航空零部件的疲劳性能，且具有成本低、适应性强和操作方便等优点，在航空领域应用广泛。目前，我国在控制零件表面质量方面主要是测定表面粗糙度及检测表面缺陷，还没有建立完善的表面完整性设计及检测体系，通过喷丸强化技术调控表面完整性是提高航空零件质量可靠性的重要手段。

飞机部件数控喷丸强化设备

航天军工装备喷砂房系统

航天军工装备自动喷砂房系统

       喷丸强化在材料表层引入残余应力场，其中靠近受喷材料表面一侧呈现为残余压应力，板材单面喷丸强化后的表层残余应力分布特征曲线如图 1 所示。普遍认为残余压应力是提高工程材料抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能的重要强化机制，而且残余压应力值大小、压应力层深度对工件疲劳强度或寿命影响显著。因此，如何实现残余应力分布特征的调控是该领域重要研究内容之一。

图1  喷丸强化残余应力层沿深度分布特征曲线

       残余应力分布特征曲线包括 5个主要特征参数：表面残余应力值、残余压应力深度、最大残余压应力及其位置、最大残余拉应力。弹丸撞击材料表面时，通常与材料表面产生近似的赫兹接触，形成的最大弹性应力出现在材料次表面，所以通常喷丸强化最大残余压应力位于次表面。在某些情况下，残余应力分布特征发生变化，例如喷丸强化采用低密度的玻璃弹丸介质时，由于入射动能小，其喷丸强化钛合金和铝合金的最大残余压应力值出现在表面。当喷丸强化工艺为湿式喷丸强化时，硬质合金或钛合金也会出现表面残余压应力值最大的现象，因为湿式喷丸强度一般相对较低（为干喷丸强度的1/3~1/4），且陶瓷丸介质密度相对较小，但随着喷丸强度或覆盖率提高，最大残余压应力逐渐向次表面转移。激光喷丸强化工艺，最大残余压应力值通常出现在表面，因为激光喷丸时金属表面的吸收层吸收激光能量后气化产生高温高压的等离子体，等离子体发生爆炸产生冲击波作用于材料表面，没有形成赫兹接触；高压空化水射流喷丸，其形成的最大残余压应力也出现在受喷材料表面