NF L06-833-2009 Aerospace series - Ultrasonic shot peening for inducement of compressive surface stresses for metallic parts 《航空航天系列 金属部件用压缩表面应力诱因的超声喷丸硬化法》.pdf

1、NF L06-833March 2009Ce document est usage exclusif et non collectif des clients Saga Web.Toute mise en rseau, reproduction et rediffusion, sous quelque forme que ce soit,mme partielle, sont strictement interdites.This document is intended for the exclusive and non collective use of Saga Web customer

2、s.All network exploitation, reproduction and re-dissemination,even partial, whatever the form (hardcopy or other media), is strictly prohibited.Saga WebFor SHANGHAI INTERNAT SCIENCE painting. 2 NFL06-833Sommaire Page0 Avant-propos.21 Objet et domaine dapplication32 Rfrences normatives.33 Termes et d

3、finitions34 Procds de grenaillage de prcontrainte par ultrasons75 Technique de grenaillage.76 Contrle des pices grenailles97 Recommandations et rgles gnrales11Annexe A (normative) prouvettes type Almen13Annexe B (normative) Schma de lappareil de mesure.15Annexe C (normative) Courbe de saturation.16A

4、nnexe D (informative) Analyse de saturation Almen17Annexe E (informative) Exemple de dtermination pratique du point de contrle priodique partir de la courbe de saturation.19Annexe F (informative) Illustrations de lvolution des diffrents taux de recouvrement20Annexe G (informative) Mthode pour dtermi

5、nation du temps de base.24Annexe H (normative) Profil de contraintes.25Annexe I (normative) Pion.26Annexe J (normative) Mthode de dtermination de la dure de vie de la charge Paramtres de vrification.270 Avant-propos Il existe deux types de grenaillage : le grenaillage de prcontrainte conventionnel (

6、trait dans la norme NF L 06-832) et le grenaillage de prcontrainte par ultrasons. Le grenaillage destin crer des contraintes superficielles de compression consiste en un traitement de surface ralis par action mcanique, dont les effets doivent tre contrls et reproductibles. Il est important de noter

7、que cette opration ne doit pas tre confondue avec certaines oprations de formage par grenaillage (peen forming) ou redressage de pices (peen straightening), ni de projetage effectues pour prparer, conditionner ou nettoyer des surfaces de pices pour dautres applications notamment de : rechargement :

8、mtallisation, plastification ; peinture. NFL 06-833 31 Scope and field of application The purpose of this standard is firstly to indicate the conditions under which ultrasonic shot-peening, designed to create superficial compressive stresses, shall be carried out, as well as the resources and techni

9、que to be used; and secondly, to specify the measures to be taken and the operations to carry out to check the ultrasonic shot-peening operation. Ultrasonic shot-peening, the subject of this standard, applies to parts which are subject to high usage, for which it is designed to improve or restore th

10、e ability to be resistant in service. By postponing or avoiding the growth of cracks, ultrasonic shot-peening increases resistance to fatigue, to stress corrosion cracking, corrosion fatigue, to fretting fatigue and to fretting corrosion. Bearing in mind the significant improvements that it brings,

11、ultrasonic shot-peening, thus defined, is recommended as a prior treatment to surface treatments which normally induce tensile stress, and also as a treatment subsequent to manufacturing operations which can cause a condition of tensile stress or a condition prejudicial to resistance to fatigue. 2 N

12、ormative references The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the reference document (including any amendments) applies. EN ISO 1207, Slotted cheese he

13、ad screws Product grade A (classification index: E 25-127). EN ISO 4288, Geometrical Product Specifications (GPS) Surface texture: Profile method Rules and procedures for the assessment of surface texture (classification index: E 05-054). EN ISO 4762, Hexagon socket head cap screws (classification i

14、ndex: E 25-125). EN ISO 7380, Hexagon socket button head screws (classification index: E 25-126). NF L 06-831D, Aerospace series Metallic parts Inducement compressive surface stresses Steel shot, glass beads and ceramic beads.NF L 06-832C, Aerospace industry Shot peening for inducement of compressiv

15、e surface stresses for metallic parts.NF L 06-834, Aerospace series Metallic parts Inducement compressive surface stresses Tungsten carbide spherical beads. XP A 09-285, Non destructive testing Test methods for residual stress analysis by X-ray diffraction. 3 Terms and definitions For the purposes o

16、f this document, the following terms and dfinitions apply. 3.1ultrasonic shot-peeningultrasonic shot-peening consists in introducing residual compressive stresses in the upper layers of materials through impacts spread as uniformly as possible on the surface to be treated This shot-peening consists

17、in moving shot in a closed chamber containing the surface to be treated; the energy is communicated by vibrating an inner surface (sonotrode) at the ultrasonic level. 3 NFL06-8331 Objet et domaine dapplication La prsente norme a pour objet dune part, dindiquer les conditions suivant lesquelles doit

18、tre effectu le grenaillage de prcontrainte par ultrasons destin crer des contraintes superficielles de compression, les moyens et la technique utiliser et dautre part, de prciser les dispositions prendre et les oprations effectuer pour contrler lopration de grenaillage de prcontrainte par ultrasons.

19、 Le grenaillage de prcontrainte par ultrasons, objet de cette norme, sapplique des pices fortement sollicites dont on veut amliorer ou restaurer les caractristiques de tenue en service. En retardant ou en vitant lamorage de fissures, le grenaillage de prcontrainte par ultrasons augmente la tenue en

20、fatigue, en corrosion sous tension, en fatigue corrosion, en fretting fatigue, et en fretting corrosion. Compte tenu des amliorations sensibles quil apporte, le grenaillage de prcontrainte par ultrasons ainsi dfini est recommand comme traitement pralable aux traitements de surface qui induisent norm

21、alement des contraintes de traction et galement comme traitement postrieur aux oprations de fabrication qui peuvent provoquer un tat de contrainte de traction ou un tat prjudiciable la tenue en fatigue.2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont indispensables pour lapplication du p

22、rsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). EN ISO 1207, Vis mtaux tte cylindrique fendue Grade A (indice de classement : E 25-127). EN ISO 4288, Spcificat

23、ion gomtrique des produits (GPS) tat de surface : Mthode du profil Rgles et procdures pour lvaluation de ltat de surface (indice de classement : E 05-054). EN ISO 4762, Vis tte cylindrique six pans creux (indice de classement : E 25-125). EN ISO 7380, Vis tte cylindrique bombe plate six pans creux (

24、indice de classement : E 25-126). NF L 06-831D, Srie arospatiale Pices mtalliques Mise en contrainte de compression superficielle Billes dacier, billes de verre et billes de cramique (grenailles sphriques).NF L 06-832C, Aronautique et espace Grenaillage conventionnel destin la mise en contrainte de

25、compression surperficielle de pices mtalliques.NF L 06-834, Srie arospatiale Pices mtalliques Mise en contrainte de compression superficielle Billes dacier, sphriques de carbure de tungstne. XP A 09-285, Essais non destructifs Mthodes dessais pour lanalyse des contraintes rsiduelles par diffraction

26、des rayons X. 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. 3.1grenaillage de prcontrainte par ultrasonsle grenaillage de prcontrainte par ultrasons consiste introduire des contraintes rsiduelles de compression dans les couches superficiel

27、les des matriaux au moyen dimpacts rpartis le plus uniformment possible sur la surface traiter Ce grenaillage consiste mettre en mouvement des billes dans une chambre ferme contenant la surface traiter ; lnergie est communique par la vibration dune paroi (sonotrode) dans le domaine ultrasonore. NFL

28、06-833 4Under this effect, the shot are projected, knock together and move randomly in the enclosure like gas particles. A consistent treatment is obtained on the surface to be treated and on the inner surfaces of the enclosure.The enclosure and the part to be treated are isolated from the sonotrode

29、 and are not subject to the ultrasonic waves. Schematic diagram (see Figure 1). Figure 1 GeneratorHigh voltage cable TransmitterSonotrodeNon-coupledenclosureMovingshotChamberBoosterSurfaceto be treated 4 NFL06-833Sous cet effet, les billes sont projetes, sentrechoquent et se dplacent alatoirement da

30、ns lenceinte comme les particules dun gaz. On obtient un traitement homogne sur la surface traiter et sur les parois de lenceinte. Lenceinte et la pice traiter sont isoles de la sonotrode et ne sont pas parcourues par des ondes ultrasonores.Schma de principe (voir Figure 1). Figure 1 GnrateurCble ha

31、ute tension metteurAmplificateurSonotrodeEnceinte non coupleChambreBilles en mouvement Surface traiter NFL 06-833 5Example of implementation (see Figure 2). StressVoyagerTreatmentChamberPart to treatGeneratorAcousticblockFigure 2 3.2generatorelectrical generator for creating an electrical wave at th

32、e ultrasonic frequency (from 20 kHz to 40 kHz, in practice from 15 kHz) 3.3acoustic assembly (see Figure 3). SonotrodeEmitterStudStudStudPre-BoosterBoosterFigure 3 Diagram of the acoustic assembly P t t treatTreatmentchamberAcousticblockGenerator 5 NFL06-833Exemple de mise en uvre (voir Figure 2). S

33、tressVoyagerTreatmentChamberPart to treatGeneratorAcousticblockFigure 2 3.2gnrateurgnrateur lctrique permettant de crer une onde lectrique de frquence ultrasonore (de 20 kHz 40 kHz, en pratique partir de 15 kHz) 3.3ensemble acoustique (voir Figure 3).SonotrodeEmitterStudStudStudPre-BoosterBoosterFig

34、ure 3 Schma de lensemble acoustique Partie trait r ChambredetraitementBloc acoustiqueGnrateur NFL 06-833 6The acoustic assembly is made up of: TransmitterA transmitter containing a piezo-electric ceramic, which transforms the electrical sine wave into a mechanical sine wave. BoosterThis element ampl

35、ifies the vibration produced by the transmitter. Several boosters may be placed in series. In this case, we speak of pre-booster and booster. These elements are made of titanium. Sonotrode (see Figure 4) Metallic part, generally made of titanium alloy, the surface of which deforms with an amplitude

36、of several dozen microns under the action of the transmitter (between 30 microns and 200 microns from crest to crest), at the same frequency as that of the generator. The vibration of the overall surface of the sonotrode moves the shot in contact with it. Figure 4 Examples of different forms of sono

37、trode 3.4chambervolume limited by the surface of the part to be treated, the enclosure and the sonotrode(s) 3.5enclosuretool delimiting the surface of the part to be treated 3.6loadnumber or mass of shot contained in the chamber 3.7load lifetime it may be expressed in time, in number of cycles, or i

38、n number of parts treated 3.8residual stress determination control pin control pin that may be used as an alternative to the Almen specimens to determine the profiles of residual stresses (Description see Annex I) 3.9stress profiles for given shot peening parameters, it is possible to determine the

39、stress curve as a function of the depth, from a part or from a stress determination control pin 6 NFL06-833Lensemble acoustique est constitu de : metteurUn metteur comporte une cramique pizo-lectrique qui transforme londe lectrique sinusodale en onde mcanique sinusodale. AmplificateurCet lment perme

40、t damplifier la vibration mise par lmetteur. Plusieurs amplificateurs peuvent tre mis en srie. On parle dans ce cas de pr-amplificateur et amplificateur, communment appels pr-booster et booster. Ces lments sont en titane. Sonotrode (voir Figure 4) Pice mtallique gnralement en alliage de titane dont

41、la surface se dforme avec une amplitude de quelques dizaines de microns sous laction de lmetteur (entre 30 microns et 200 microns de crte crte) la mme frquence que celle du gnrateur. La vibration de la surface globale de la sonotrode permet la mise en mouvement des billes son contact. Figure 4 Exemp

42、les de diffrentes formes de sonotrode 3.4chambrevolume dlimit par la surface de la pice traiter, lenceinte et la/les sonotrode(s) 3.5enceinteoutillage dlimitant la surface traiter de la pice 3.6chargenombre ou masse de billes contenues dans la chambre 3.7duree de vie de la charge elle peut tre expri

43、me en temps, en nombre de cycles, en nombre de pices traites 3.8pion de dtermination des contraintes rsiduelles pion pouvant tre utilis en alternative aux prouvettes Almen pour dterminer les profils de contraintes rsiduelles (Description voir lAnnexe I) 3.9profil de contraintes pour des paramtres de

44、 grenaillage de prcontrainte donns, il est possible de dterminer la courbe de la contrainte en fonction de la profondeur, partir dune pice ou dun pion de dtermination des contraintes NFL 06-833 7The profile generally determined has a shape close to that illustrated in annex H with 4 characteristic m

45、inimum values: s : surface stress; m : maximum compression stress; Pm : maximum stress depth; P0: compression depth. Two kinds of profiles may be specified: Mini stress profile: the determined profile shall be situated below it. Enveloping curves: mini and maxi profiles within which the determined p

46、rofile shall be situated (see Annex E). The other definitions (Almen deflection, Almen specimen, measuring system, saturation curve, saturation time, coverage rate, over-shot-peening) are the same as those defined in NF L 06-832C Standard. 4 Ultrasonic shot-peening process 4.1 Design of device The device shall be designed