超声波喷丸是一种新型、节能、高效的材料强化及成形技术,能够提高成形件的表面性能,任何机械结构的破坏均始于材料表面,飞机零件的表面性能优劣直接影响到飞行的安全性。因此,研究超声波喷丸材料表面性能至关重要,不仅能对实际生产提供工艺指导,而且在飞机延寿等方面有着重要意义。民机C919专项中,下机翼壁板即采用2024铝合金板材通过局部超声波喷丸加工而成,本文根据这一工程实际,分析不同超声波喷丸工艺参数对2024铝合金表面性能的影响,从超声波喷丸成形理论出发,剖析板材成形原理及成形后表面形貌、微观结构变化一般规律,为表面性能研究提供理论依据。超声波喷丸撞针高能撞击靶材,撞击部位表面受拉超过材料弹性极限产生的塑性变形阻止下层受压晶粒回弹,产生向下高压缩力、边缘隆起的球形凹坑。无数凹坑重叠,形成残余压应力层,板材弯曲成形。本研究在同一冲击振幅条件下,改变超声波喷丸撞针直径对2024铝合金板材进行超声波喷丸加工,观测发现,原先残留在材料表面的铣削痕迹被喷丸形成的撞击坑所取代;成形件残余应力、表面硬度和粗糙度均有大幅提高。强化对残余压应力深度影响不大,对表面硬度影响明显。采用高周疲劳试验,证明材料的抗疲劳破坏能力与表面性能中残余应力的大小和深度成正相关,与粗糙度成负相关,与表面硬度无关。因此,在分析超声波喷丸强化、成形材料表面性能参数时,残余应力最为关键。残余应力的引入,迫使初始裂纹源萌生于材料表层以下,残余应力越大、越深,阻碍裂纹扩展能力越强,材料抗疲劳破坏能力得以提高。断口成分探测得出,伴随疲劳过程,断口出现析碳和氧化现象。盐雾腐蚀试验模拟材料受Cl—侵蚀的研究表明超声波喷丸显著提高材料抗腐蚀能力,腐蚀后材料硬度下降,粗糙度增大。相对较短的腐蚀时间对试样疲劳寿命影响不大;腐蚀时间较长时,残余应力无法抑制裂纹的极速扩展,试样迅速断裂。因此,针对这一问题,需对长时间暴露在空气中的零件或在严重盐雾环境飞行的飞机做好防腐蚀措施。