湿喷丸强化对TC4钛合金表面状态及疲劳性能的影响

采用陶瓷湿喷丸强化技术对TC4合金进行表面改性处理,研究湿喷丸强度对钛合金表面状态及拉拉疲劳寿命的影响规律。结果表明,湿喷丸强化在材料表面引入残余压应力场,随喷丸强度增加残余压应力层变深。喷丸强度为0.1~0.2 mmN时,材料表面机加工痕迹得到有效去除,且表面粗糙度降低。湿喷丸强化后,材料表层位错密度增加,晶粒细化。湿喷丸强化能够明显改善TC4合金疲劳性能,改善效果和喷丸强度间不是单调关系,即存在最优喷丸工艺参数。在喷丸强度0.3 mmN条件下,疲劳寿命是基材的1.93倍,改善效果最明显。     

基于计算机有限元分析的激光冲击强化钛合金疲劳性能研究

基于限元分析软件ABAQUS和MSC.Fatigue,建立了激光冲击TC17钛合金标准紧凑拉伸试样及其疲劳裂纹扩展的有限元分析模型。对不同区域下激光冲击强化TC17钛合金后的残余应力分布及疲劳裂纹扩展性能进行分析,进而探讨了残余应力场对疲劳裂纹扩展的影响。结果表明,激光冲击TC17钛合金经后,试样上下表面处理区域均呈现压应力分布,最大残余压应力达-473 MPa,残余压应力层深度达0.76 mm,同时,表面残余压应力随激光功率密度和冲击区域的增大,逐渐增大并达到饱和。相对于未冲击件,激光冲击使TC17试样疲劳寿命大幅延长,疲劳裂纹扩展速率显著降低;且随冲击区域的增大,疲劳寿命不断延长,表明激光冲击诱导的残余应力场对TC17钛合金疲劳裂纹扩展具有较好的抑制作用。     

DZ125定向凝固合金的喷丸工艺

针对DZ125合金开展铸钢丸喷丸强化研究,分析了多种喷丸强度、覆盖率条件下合金700 ℃旋弯疲劳性能、表面残余应力和硬度梯度。结果表明:随喷丸强度的增大,中值疲劳寿命估计量逐渐增大,高喷丸强度时,700 ℃/500 MPa中值疲劳寿命估计量是原始试样的2倍;随表面覆盖率的增大,中值疲劳寿命估计量呈现先增大后稳定的趋势,当覆盖率达到400%时,中值疲劳寿命估计量达到稳定;高喷丸强度且表面覆盖率达到400%时疲劳极限为480 MPa,较原始试样疲劳极限(400 MPa)提高20%。残余应力和组织强化机制是DZ125合金喷丸的强化因素,随着喷丸强度的增大,残余压应力数值略有减小,但均明显大于原始状态;高喷丸强度时,覆盖率400%时DZ125合金表面产生超过200 μm深度的硬度场,且表面硬度较基体(430 HV0.1)提高37%。当缺口部位实际载荷大于屈服强度时,疲劳过程中残余应力和硬度都将明显松弛,经历700 ℃/600 MPa/1.5×10⁵周次的断裂试样,表面残余应力降低54%,表面硬度下降14%。     

喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响

对比研究了喷丸和喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响,利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力测试仪分析和测试了试样的表面形貌、表层组织、粗糙度、显微硬度、残余应力场,探讨了表面完整性与疲劳性能的内在联系及作用机制。结果表明:复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的改善效果比单独喷丸强化处理更好;复合处理使GH4169高温合金的室温疲劳强度提高了21.6%;500℃预加热100 h处理使复合强化GH4169高温合金疲劳强度降低了6%,但仍较未喷丸处理状态提高了14.29%,即复合处理能够有效改善GH4169高温合金室温～500℃高温工况下的抗疲劳性能。     

GH4169疲劳试样加工残余应力的表征及其对低周疲劳寿命的影响

为了探究GH4169合金低周疲劳试样加工过程中表面残余应力的变化及残余应力对低周疲劳性能的影响,采用X射线衍射法对“车 磨 抛”不同加工工艺的试样表面残余应力进行表征及对成品试样进行残余应力层深度测试,通过中子衍射法对试样内部进行残余应力测试。采用电液伺服万能试验机进行了低周疲劳试验。结果表明：GH4169合金低周疲劳试样加工表面残余应力随着切削量的增加由表面残余压应力变为残余拉应力。根据残余应力层深度测试,机加工对试样表面造成残余应力层深度小于0.01 mm,内部残余拉应力减小;根据疲劳试验结果,GH4169合金疲劳寿命与表面轴向残余压应力呈正相关关系。     

GH4169疲劳试样加工残余应力的表征及其对低周疲劳寿命的影响

为了探究GH4169合金低周疲劳试样加工过程中表面残余应力的变化及残余应力对低周疲劳性能的影响，采用X射线衍射法对“车 磨 抛”不同加工工艺的试样表面残余应力进行表征及对成品试样进行残余应力层深度测试，通过中子衍射法对试样内部进行残余应力测试。采用电液伺服万能试验机进行了低周疲劳试验。结果表明：GH4169合金低周疲劳试样加工表面残余应力随着切削量的增加由表面残余压应力变为残余拉应力。根据残余应力层深度测试，机加工对试样表面造成残余应力层深度小于0.01 mm，内部残余拉应力减小；根据疲劳试验结果，GH4169合金疲劳寿命与表面轴向残余压应力呈正相关关系。     

喷丸强化对TC17钛合金疲劳性能的影响

采用铸钢丸对TC17钛合金材料进行了喷丸强化处理,研究了喷丸强化对表面粗糙度的影响,利用X射线应力仪分析强化层残余应力沿厚度方向分布情况,对比分析了TC17试件喷丸强化前后的疲劳性能。结果表明:喷丸对TC17钛合金表面完整性有十分大的影响,喷丸后表面粗糙度Ra由0.3μm增加至1.6μm左右;喷丸后表面残余应力在-600~-700 MPa之间,残余应力场深度达到160μm左右。喷丸可显著提高TC17钛合金的疲劳性能,与未喷丸相比,TC17钛合金喷丸后疲劳极限提高34%以上。     

喷丸强度对TA15钛合金型材表面完整性影响的数值和实验研究

利用有限元模拟和喷丸实验研究了喷丸强度对TA15钛合金热挤压型材表面完整性的影响规律。对比了由数值模拟和喷丸实验得到的表面粗糙度和残余应力分布结果,验证了所建立的喷丸有限元模型的可靠性;研究了喷丸强度对材料表层显微硬度和微观组织的影响。实验结果表明,喷丸处理在TA15钛合金型材表层产生了最大数值为558~764 MPa且深度为115~151 μm的残余压应力层,材料表层发生塑性变形,位错密度增大,晶粒细化,表层硬度提高,形成了深度为100~150 μm的硬化层,同时表面粗糙度增大。最大残余压应力、压应力层深度和表层硬度随喷丸强度的增大而增大,但强度超过0.188 mmA后增加不明显,材料表面出现裂纹,且在0.222 mmA强度下,材料表面因折叠缺陷而发生残余应力松弛,降低了材料表面完整性。     

喷丸压力对GH3535合金表面状态及疲劳性能的影响研究

分别采用0.3MPa、0.45MPa和0.6MPa喷丸压力对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用扫描电子显微镜（SEM）观察合金表面形貌、强化层组织结构,通过金相显微镜（OM）、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条件下进行高周疲劳实验,并通过扫描电子显微镜（SEM）观察分析断口形貌特征。结果表明:GH3535合金喷丸后表层形成了晶粒细化层、硬化层和残余压应力层。且合金表面产生的晶粒细化层厚度、硬化层厚度以及残余压应力层厚度均随着喷丸压力的增加而提高。喷丸压力在0.3MPa～0.6MPa范围内,疲劳寿命受喷丸压力的影响较为敏感,且疲劳寿命随着喷丸压力的增加而提高。当喷丸压力为0.6MPa时,喷丸产生的效果最优,疲劳寿命提高了471.1%。喷丸后GH3535合金疲劳寿命的提高得益于合金表面状态的改善。     

高温合金GH4169球头刀铣削表面完整性测试实验研究

利用球头铣刀对高温合金GH4169试件进行铣削加工,并对其加工表面完整性指标进行检测。结果表明：在选取的实验参数条件下,线速度vc对于表面粗糙度Ra、表面显微硬度和加工表面残余应力等表面完整性指标的影响不明显;表面粗糙度Ra和加工表面显微硬度会随着切深ap和每齿进给量fz的增大而增大;高温合金GH4169球头刀铣削加工后的表面残余应力σH呈现为拉应力状态,范围为219.3~338.9 MPa;残余拉应力随着切深ap和每齿进给量fz的增大而减小,原因是随着切深ap和每齿进给量fz的增大,加工表面的塑性变形程度逐渐增加。     

喷丸强化对TB6钛合金疲劳性能和表面完整性的影响

为了提高TB6钛合金零件的疲劳抗力,研究了喷丸强化对TB6钛合金疲劳性能的影响,并采用白光干涉仪、x射线应力测量仪、显微硬度计及扫描电子显微镜等仪器对其表面完整性进行分析,探讨喷丸强化机制。结果表明：相比未处理的试样,喷丸处理试样的旋转弯曲疲劳寿命显著提高。喷丸强度对TB6钛合金的疲劳性能影响显著,随着喷丸强度的增加,残余压应力层和硬化层深度相应增大,对疲劳性能有利;而同时表面粗糙度也在增大,局部应力集中效应会抑制疲劳性能的改善。     

喷丸结合振动光整加工工艺对钛合金疲劳性能的影响

目的提高钛合金的疲劳性能。方法采用喷丸结合振动光整加工工艺对TC4钛合金进行了表面加工处理。对未加工试样、经过喷丸处理后的试样和经过喷丸与振动光整加工工艺处理后的试样,分别进行了表面粗糙度、表面层残余应力测试,并对三种状态下的试样进行了旋转弯曲疲劳试验。对比了不同工艺处理后试样的表面粗糙度、表层残余应力及疲劳强度。结果与喷丸工艺相比,采用喷丸结合振动光整加工工艺对试样进行处理后,试样的表面残余压应力值提高了39 MPa,残余压应力峰值、残余压应力层的厚度略有降低。喷丸结合振动光整加工工艺在不明显改变试样残余压应力场的条件下,使试样的表面粗糙度得到大幅降低。疲劳试验结果表明,喷丸工艺使TC4钛合金的疲劳强度提高了16.3%,喷丸结合振动光整加工工艺使TC4的疲劳强度提高了23.8%,比喷丸后TC4钛合金的疲劳强度高出7.5%。结论在喷丸工艺的基础上,喷丸结合振动光整加工工艺通过改善TC4钛合金的表面完整性,使TC4钛合金的疲劳强度得到进一步提高。     

喷丸对DD6单晶合金表层状态及低周疲劳性能的影响

研究喷丸强化对单晶合金表面粗糙度、残余应力及梯度和组织形态等表层性能的影响,并通过低周疲劳性能实验评价喷丸参数的影响,结合表层性能和断口分析,探讨喷丸强化机理。结果表明:改进侧倾法适用于测试DD6单晶喷丸强化后的表面残余应力,极图法适用于测试喷丸强化残余应力梯度;经喷丸强化后,DD6单晶的低周缺口疲劳寿命明显提高,其中采用陶瓷丸、喷丸强度0.20 mmA试样的疲劳寿命最高,其平均寿命较原始试样提高6.5倍;随着喷丸强度提高,虽表面粗糙度增大,但DD6单晶残余压应力深度及表层位错密度增加,使其疲劳寿命延长。     

300M钢表面喷丸强化工艺应用研究

目的 对比和研究300 M钢的铸钢丸和陶瓷丸喷丸强化后的效果,选择合适的300 M钢喷丸强化工艺.方法 采用铸钢弹丸和陶瓷弹丸以不同喷丸强度对300 M钢表面进行喷丸强化,研究对300M钢表面粗糙度、表面残余压应力及疲劳寿命的影响.结果 随着喷丸强度的增大,300 M钢表面粗糙度增大,但在相同或相当的喷丸强度下,采用陶瓷弹丸喷丸强化可获得更小的表面粗糙度;试样表面残余压应力均为先增大后减小,分别在喷丸强度为0.25A和0.2A时达到最大值.在大应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300M钢中值疲劳寿命增益均不明显;在小应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300 M钢中值疲劳寿命增益差异显著,铸钢弹丸喷丸强化最大值达到22,陶瓷弹丸喷丸强化最大值达到38.结论 铸钢丸和陶瓷丸喷丸均可以提高300 M钢的疲劳寿命.相对于铸钢丸喷丸,300M钢的陶瓷丸喷丸后的粗糙度水平更低,疲劳寿命更长.     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

喷丸对TC18钛合金拉-拉疲劳性能的影响

分析了TC18钛合金表面喷丸强化所产生的表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力和表面层残余压应力场变化及喷丸对拉-拉疲劳性能的影响,并用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论合理解释了拉-拉疲劳极限的提高。结果表明:喷丸强化不仅能够明显延长TC18钛合金的高周疲劳寿命,且能使1×107周次下的疲劳极限提高27%。     

TC4侧铣表面完整性对试件疲劳性能的影响

目的 提升钛合金的抗疲劳性能,丰富典型航空难加工材料疲劳失效的基础理论,为实际航空结构件的抗疲劳制造提供参考。方法 以TC4钛合金为研究对象,采用单因素实验法,通过侧铣及试件疲劳性能测试,对比分析了铣削参数（包括铣削线速度vc、每齿进给量fz及径向切深ae）对表面完整性及表面完整性各指标（主要包括表面粗糙度、表面显微硬度及表面残余应力等）对试件疲劳性能的影响规律。结果 表面完整性的测量结果显示,表面粗糙度随fz和ae的增加而增大,随vc的变化不显著;表面显微硬度随fz的增加而增大,随vc和ae的增加而减小;同时,加工表面均呈现残余压应力状态,且表面残余应力的幅值随vc的增加而减小,随ae的增加呈先增大后减小的变化,随fz的变化不明显。试件疲劳性能测试的结果表明,表面显微硬度是影响TC4钛合金试件疲劳性能的主要因素。结论 在实验条件下,随着表面显微硬度的增加,试件的疲劳性能逐渐提升,并且当vc=20 m/min、fz=0.08 mm/z和ae=0.1 mm时,试件的疲劳性能最佳。     

喷丸表面覆盖率对Ti60高温钛合金疲劳性能的影响

采用新型的陶瓷弹丸,对Ti60钛合金进行相同喷丸强度和不同表面覆盖率(100%,200%,400%)的喷丸强化,研究了喷丸前后的表面形貌、表面粗糙度、残余应力场、X射线衍射峰半高宽等表面完整性特征参数以及其对高温疲劳寿命的影响。结果表明,喷丸覆盖率对表面完整性具有重大影响,因此不同覆盖率喷丸Ti60钛合金试样具有显著差异的疲劳寿命。采用200%覆盖率喷丸,可以使钛合金Ti60保持较小的表面粗糙度(Ra=1.2μm),较大的尖端圆角曲率半径(相对磨削加工),较好的残余应力分布和稳定的强化层微观组织,这些较好的表面完整性状态使Ti60钛合金的高温旋转弯曲疲劳寿命提高了4倍左右;而采用其他表面覆盖率(100%,400%)喷丸时,Ti60钛合金的高温疲劳寿命提高了2倍左右。     

基于二维面探的高温合金GH4169残余应力分析

目的 通过二维面探X射线衍射法测试高温合金GH4169的残余应力.方法 由于GH4169是Ni基高温合金,Ni合金在Cr靶下有较强衍射峰,因此采用Cr靶来测试GH4169合金的残余应力.二维面探仪有500个探测头,均匀分布在一个面上,根据每一个探测器测得的衍射角变化,就能得到500个方向上的应变值,再根据应力与应变之间的关系,就可以计算出材料的残余应力.结果 GH4169合金的德拜环只有一个衍射峰,而且衍射峰的强度随着角度α的变化而变化.这说明该材料的应力取向不均匀,存在较为明显的织构.该材料表面主应力方向上的残余应力测试值为-968 MPa,误差为62 MPa;切向上的残余应力测试值为24 MPa,误差为43 MPa.由于测试的GH4169合金是经过喷丸处理的,主应力方向上受残余压应力,而其测试结果 确为负值,说明此次测试结果 可信.结论 通过二维面探X射线衍射方法 测试材料残余应力从原理和实际操作上都是可行的,并成功测试出GH4169合金的残余应力.经喷丸处理后的GH4169材料受残余压应力的作用,且应力分布不均匀,存在较为明显的织构.     

喷丸强化因素对Ti811合金高温微动疲劳抗力的影响

探讨了高温下喷丸强化（SP）因素（残余压应力引入、表面粗糙度增大、表面加工硬化等）对Ti811钛合金微动疲劳（FF）抗力的作用规律和机制。结果表明，SP处理可以有效地提高350℃高温下Ti811合金的微动疲劳抗力，但对500℃下FF抗力有不利影响：SP引入的表层残余压应力增加裂纹闭合力，是SP提高350℃高温下钛合金FF抗力最为重要的因素，SP表面加工硬化的作用为次要因素；SP造成的粗糙度增大在350℃和500℃高温下对钛合金的FF抗力呈现出不利的作用，原因是表面机械损伤的影响突出，这种影响与残余压应力的存在状态有关。