濕噴丸強化Ti-6Al-4V合金的微動磨損和微動疲勞行為及其機理研究.pdf

1、Ti-6Al-4V合金因其具有比強度高和耐腐蝕等特點，一直是生產航空渦輪發(fā)動機葉片的重要材料。然而，由于Ti-6Al-4V合金硬度低、抗疲勞性能差等缺點嚴重影響其航空工件的使用壽命。特別是渦輪葉片與壓氣機盤的榫頭—榫槽連接部位的微動磨損將大大降低鈦合金葉片的疲勞壽命。同時，這種微小幅度的損傷又具有極強的隱蔽性，常常會造成災難的發(fā)生。隨著航空工業(yè)的飛速發(fā)展，微動損傷越來越引起人們的重視，并且航空工業(yè)對微動損傷防護方面的要求也越來越高。在微

2、動損傷防護方面，噴丸處理技術以其成本低、易操作、效率高等優(yōu)點而成為目前航空領域最普遍的表面處理方法。
　　本文利用濕噴丸技術對Ti-6Al-4V進行表面強化處理，并對比分析濕噴丸表面強化對微動損傷及疲勞損傷的影響，綜合濕噴丸強化機制和微動損傷機制，系統(tǒng)地研究了濕噴丸強化作用對Ti-6Al-4V合金微動損傷的影響規(guī)律。主要研究內容包括:
　　(1)采用濕噴丸技術對Ti-6Al-4V合金進行表面強化處理，利用XRD技術、納米壓痕

3、技術、掃描電鏡以及透射電鏡技術對合金強化層的殘余應力、硬度以及微觀組織進行測試分析。結果表明，強化層的殘余壓應力和硬度均隨深度增加而減小，影響深度分別為160和80μm。利用修正的硬度與屈服關系公式對Ti-6Al-4V合金濕噴丸強化層作了定量描述，計算表明，表層屈服強度由820MPa提高至約1165MPa并在0～80μm范圍內線性降低。通過對強化層的微觀組織觀察探討了濕噴丸晶粒細化機制，并根據晶粒細化機制提出了殘余應力的形成模型，即噴丸

4、引起的殘余壓應力是以晶粒之間未釋放的彈性能形式存在。
　　(2) Ti-6Al-4V合金試樣的常規(guī)疲勞性能試驗結果表明，濕噴丸處理能顯著提高Ti-6Al-4V合金的疲勞壽命。顯微組織觀察發(fā)現，濕噴丸強化改變了疲勞裂紋萌生機制，強化層內的細晶強化和位錯強化導致疲勞裂紋萌生位置由表面轉移至試樣內部，同時，濕噴丸引入的殘余壓應力對裂紋擴展起到有效的阻礙作用。
　　(3)通過微動磨損的對比試驗，研究濕噴丸處理對Ti-6Al-4V合金

5、微動磨損行為的影響規(guī)律。結果表明，濕噴丸處理對Ti-6Al-4V合金在粘著狀態(tài)和滑移狀態(tài)時的微動磨損行為影響不明顯，但是在部分滑移狀態(tài)時，濕噴丸強化可以對微動磨痕內塑性變形積累區(qū)的微裂紋萌生起到有效的阻止作用。通過計算，濕噴丸處理后強化層局部屈服強度的提高是防止局部疲勞損傷的主要因素。
　　(4)利用自主設計的微動疲勞試驗裝置進行Ti-6Al-4V合金試樣的微動疲勞試驗。與常規(guī)疲勞結果相比，濕噴丸處理對合金微動疲勞損傷的防護作用遠