表层改性技术是抗疲劳制造研究中的关键环节。水射流作为一种能量集中的改性手段,日益受到重视和关注。水射流喷丸强化的目的是利用水流的高速动能带动丸粒实现高速运动,水和丸粒共同作用在材料表层,实现表层的塑性变形,构筑残余应力场。在此过程中,射流入射角度是重要参数之一,直接影响到射流的改性效果。由于实际应用当中,零件常存在各种弯窄、狭小部位,造成射流无法垂直入射,因此研究非垂直入射条件下的射流工艺有重要意义。本文以18CrNiMo7-6渗碳合金钢作为改性材料,展开了水射流喷丸在非垂直入射条件下的改性机理及相关试验研究,主要完成了以下研究内容:1在理论研究方面,构建了非垂直射流的几何模型,对不同入射角度射流冲击力进行了理论推导,得出冲击力与入射角度之间的解析关系;2展开了水射流射流工艺参数的研究。通过正交试验分析了影响改性后试样残余应力的因素的权重,结果表明水射流压力所占的权重最大,喷射靶距和喷嘴移动速度权重最小,两者对残余应力的影响可以忽略,并且通过极差分析得到了最优的工艺参数为喷射压力300 MPa、入射角度75°、喷射次数3次、喷射移动速度400 mm/min和喷射靶距70 mm,在该条件下试样残余压应力可以达到-1292.14 MPa;3展开了喷射次数与最终残余应力的研究,结果表明在300 MPa的水压下,入射角度75°~90°时,一次喷射可以形成-1300 MPa左右的残余压应力,增加喷射次数对于残余应力的提升效果不明显;入射角度小于75°时,形成残余应力值会显著降低,但通过增加喷射次数,最终残余应力与垂直喷射条件下的值比较接近;对于45°以下入射角,喷射次数的作用不显著,在实际应用当中不建议采用;4研究了喷嘴和丸粒的尺寸之间的最优组合关系,结果表明,1.2 mm直径喷嘴搭配0.2 mm直径丸粒,1.5 mm直径的喷嘴搭配0.1 mm丸粒直径所得到的残余压应力值较优,残余应力峰值可以达到-1347.87 MPa,而其他喷嘴与丸粒的组合残余应力达不到峰值;5研究了喷射后试样硬度变化的规律。经过表层改性后试样硬度在近表层0-500μm中呈现先增大后减小的趋势,在20μm处峰值达到67.9 HRC,在300-500μm稳定到了60 HRC。试验表明两次射流强化可以明显提升表层硬度,但三次强化后的硬度值无明显变化,从而证明了当前条件下,材料的硬度存在极值,采用多次射流改性的方法可以有效提升材料的硬度。