噴丸對TC4鈦合金殘余壓應力場及疲勞壽命的影響

  噴(pen)丸強化(hua)(hua)工藝是工程上廣泛(fan)應用的表面(mian)強化(hua)(hua)工藝。目前航空航天工業主要利用噴(pen)丸強化(hua)(hua)來改善零件的疲(pi)勞性能和(he)提高其(qi)應力(li)(li)腐蝕開(kai)裂抗力(li)(li),從(cong)而(er)提高航空器零部件的可靠性和(he)耐久性。噴(pen)丸強化(hua)(hua)的機理是在表層或(huo)深表層引入殘余壓應力(li)(li)場(chang),以影(ying)響構件的靜強度、疲(pi)勞強度、抗應力(li)(li)腐蝕能力(li)(li)及形狀尺(chi)寸的穩定(ding)性等。

  研究(jiu)人員采用鋼丸(wan)(wan)和(he)陶(tao)瓷(ci)丸(wan)(wan)在(zai)不同的噴(pen)丸(wan)(wan)工(gong)藝(yi)參數下對TC4鈦合金(jin)進行噴(pen)丸(wan)(wan)處理,研究(jiu)了不同噴(pen)丸(wan)(wan)工(gong)藝(yi)參數對其表面(mian)形貌、表面(mian)塑性變形程度、殘余壓應(ying)力場和(he)疲(pi)勞(lao)壽(shou)命的影響(xiang)。結果表明:

  1)與鑄鋼彈丸相比,陶瓷彈丸噴丸強化后TC4鈦合金表面的起伏程度變化不大,但同樣能有效地覆蓋加工刀痕;
  2)隨著噴丸壓力增大和噴丸時間延長,試樣表面的累積塑性變形量先快速增大后趨于飽和;鑄鋼噴丸的密度大、沖擊力大,故其在試樣表面產生的累積塑性變形量大于陶瓷彈丸;
  3)當噴丸壓力達到0.25MPa、鑄鋼彈丸噴丸時間大于40s或陶瓷彈丸噴丸時間大于80s時,最大殘余壓應力可達到610MPa,殘余壓應力場深度超過250um;
  4)當噴丸壓力低于0.15MPa或陶瓷彈丸噴丸時間小于40s時,殘余壓應力隨深度的增大逐漸降低,最大殘余壓應力出現在表層;增大噴丸壓力或延長噴丸時間后,殘余壓應力值隨深度的增大呈先增加后減小的變化規律,最大殘余壓應力值出現在材料表層以下的次表層;
  5)當兩種彈(dan)丸噴丸強化(hua)后,TC4鈦合金(jin)的疲勞壽命分(fen)別(bie)可提高10倍和(he)20倍以上。