激光噴丸強化Ti-6Al-4V航空鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展性能研究.pdf

1、激光噴丸強化技術(shù)(Laser Peening，LP)是一種新型的材料表面強化技術(shù)，其利用高功率短脈沖激光束與材料表面相互作用產(chǎn)生的高幅值沖擊波壓力使材料表面發(fā)生塑性變形、晶粒細(xì)化、高密度位錯，并在材料表面產(chǎn)生比傳統(tǒng)機(jī)械噴丸更深的殘余壓應(yīng)力層來提高材料的抗疲勞特性，能有效改善工程關(guān)鍵零部件的疲勞性能，降低其疲勞裂紋擴(kuò)展速率，在航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
　　 本文以線彈性斷裂力學(xué)及彈塑性斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以Ti-6Al-4V航

2、空鈦合金為研究對象，開展激光噴丸強化航空鈦合金薄板件后的殘余應(yīng)力分布及疲勞裂紋擴(kuò)展性能研究，主要工作集中在以下幾點:
　　 基于線彈性及彈塑性斷裂力學(xué)理論，分析了不同控制參量下激光噴丸誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場及其對疲勞裂紋擴(kuò)展速率和疲勞壽命的影響，從理論上探討了疲勞裂紋擴(kuò)展行為的斷裂力學(xué)描述及微觀機(jī)理;從疲勞極限、裂紋擴(kuò)展門檻值、應(yīng)力強度因子、疲勞裂紋擴(kuò)展速率四個方面研究了激光噴丸強化對鈦合金疲勞性能的改善機(jī)理。
　　 利用高功率

3、Nd∶YAG固體激光噴丸裝置，對Ti-6Al-4V航空鈦合金緊湊拉伸試樣(Compact Tension，CT)進(jìn)行了不同噴丸覆蓋率及不同功率密度下激光噴丸強化實驗，對試樣裂紋擴(kuò)展沿線、垂直于裂紋擴(kuò)展方向及試樣厚度方向進(jìn)行了X射線衍射殘余應(yīng)力測定。利用MTS-809拉伸測試系統(tǒng)進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展實驗，研究了激光噴丸后Ti-6Al-4V航空鈦合金試樣疲勞裂紋擴(kuò)展速率及疲勞壽命。
　　 采用掃描電子顯微鏡(Scanning Elect

4、ron Microscope，SEM)分析了CT試樣疲勞斷口形貌，對比了激光噴丸強化前后疲勞試樣斷口上裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò)展區(qū)、最終斷裂區(qū)形貌變化，研究了激光噴丸前后裂紋源區(qū)位置分布、疲勞裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)的疲勞條帶以及最終斷裂區(qū)韌窩形貌，從微觀機(jī)理上闡述了激光噴丸降低鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的機(jī)理，驗證了激光噴丸強化有效提高鈦合金疲勞性能的有效性。
　　 以有限元分析軟件ABAQUS及MSC.Fatigue為平臺，建立了激光噴丸強化