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什么是喷丸强化，它如何工作？
喷丸强化用于预防或延缓疲劳失效，并降低应力腐蚀风险。通过在表层引入残余压应力，喷丸可降低失效风险和维护成本。喷丸也可用于零件成形或校形，此时目标不一定是残余压应力，而是使零件达到目标形状。
喷丸强化如何工作？
交变拉应力会促发表面或次表面裂纹，拉应力在裂纹处集中并使裂纹快速扩展，直至材料失效。喷丸强化的目标是通过永久残余压应力抑制裂纹。每个丸粒像小锤一样冲击表面，基体材料像砧座一样抵抗变形；表面形成微小凹坑并发生塑性扩展，而芯部材料限制这种扩展。为了形成有效凹坑，丸粒硬度通常应不低于目标表面。
喷丸强化使用小型球形介质，通常称为丸粒，材料可为钢、陶瓷或玻璃。硬质球形颗粒以较高速度冲击表面，典型速度约 30 至 100 m/s（约 108 至 360 km/h）。冲击凹坑使表层发生塑性变形并形成残余压应力层；大量重叠凹坑共同压缩并保护整个表面。
压缩空气喷丸
压缩空气喷丸适合需要精确指向或只覆盖局部区域的应用，也常用于难以接近的几何形状，或同一零件需要不同喷丸强度的工况。它还可用于两个表面同时喷丸，以及低强度喷丸（N 标尺，玻璃或陶瓷介质）。压缩空气喷丸可采用吸入式、重力吸入式和直压式供丸。吸入式可使用多个喷嘴（1 到 24 个或更多），强度较低、耗气量较高，但初始成本较低。重力吸入式将料斗布置在喷枪上方，强度略高。直压式将丸粒储存在压力容器内，可提供最高强度并更高效利用压缩空气，初始成本较高但灵活性最好。
抛丸轮喷丸
抛丸轮喷丸通过叶轮加速丸粒。丸粒经中心料斗进入叶轮，由分丸轮和定向套控制喷射方向，再由叶片加速并从叶片端部抛出形成丸流。部分抛丸轮可反向运行，以改善覆盖范围、提高适应性并延长备件寿命。叶片可采用不同材料，弯曲叶片通常能降低能耗和介质消耗。
磨料回收与循环原则同时适用于压缩空气喷丸和抛丸轮喷丸。由于抛丸轮流量远大于空气喷嘴，分离系统需要匹配更高流量。可将振动筛、螺旋分离器等设备串联使用：振动筛上层去除大颗粒杂质，下层去除小颗粒和破碎丸，中层保留可再用丸粒；多层筛还可区分不同粒度。螺旋分离器用于去除非球形颗粒。抛丸轮设备常用介质包括铸钢丸、调质切丝丸、不锈钢丸和陶瓷丸。
翼片喷丸
翼片喷丸（也称旋转翼片喷丸）是一种便携式喷丸工艺，适合小区域和难以接近区域的局部处理。它常用于飞机和直升机维修场景，可在不拆卸部件的情况下直接对目标区域进行喷丸强化。
翼片喷丸也可用于薄壁航空结构件校形。该方法使用端部嵌有丸粒的 Kevlar 纤维翼片，由气动或电动工具带动翼片旋转，端部丸粒冲击待喷丸或待成形区域。工艺由旋转速度和翼片尺寸共同控制。
应用与行业
通过锤击金属提高硬度和韧性已有很长历史。工业革命后，金属应用范围扩大，提升金属性能的工艺也不断发展。
20 世纪上半叶汽车工业发展带来了大量承受循环载荷的零件。出于安全和成本考虑，需要防止这些零件疲劳失效。早期喷丸强化应用之一是气门弹簧；如今发动机、传动系统、底盘和悬架等大量汽车零件都会进行喷丸强化。
20 世纪中期航空工业发展推动零部件在更高性能极限下工作，也提高了避免失效的要求。如今，大量航空零部件会通过喷丸强化提升抗疲劳和抗应力腐蚀能力。
喷丸强化可抵消加工、磨削、焊接、铸造和轧制等制造过程后的拉伸残余应力，也可抵抗弯曲、轴向载荷、扭转载荷、冷热循环、压力波动和应力腐蚀开裂等外部载荷引起的拉应力，从而延长零部件寿命。
喷丸强化与表面处理
喷丸强化是一种表面冷作工艺，不同于以清理或粗化为目的的喷砂预处理。它通过改变表层应力状态来获得功能性提升。
虽然过程会产生一定温升，但喷丸本质上是使表层产生塑性变形的冷作工艺。厚壁零件中，芯部材料限制表层扩展，从而形成残余压应力；薄壁零件中，内部残余应力平衡可能导致整体变形。
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