TC4鈦合金噴丸強(qiáng)化有限元模擬.pdf

1、鈦合金比強(qiáng)度高，塑性、韌性好，耐蝕性、生物相容性優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、石化、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。但其硬度低，耐磨性和抗疲勞性能差，鈦合金制品的早期失效給其工業(yè)應(yīng)用造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。噴丸強(qiáng)化工藝能夠有效提高鈦合金的硬度、耐磨性和抗疲勞性能，在眾多領(lǐng)域得到高度認(rèn)可。本文采用ABAQUS有限元軟件，模擬TC4鈦合金的噴丸強(qiáng)化過程，研究彈丸尺寸、噴丸速度和表面覆蓋率對(duì)其表面完整性的影響。對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行噴丸實(shí)驗(yàn)研究，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬

2、結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模擬過程的合理性。結(jié)果表明:
　　通過有限元模擬分析，得出彈丸尺寸對(duì)TC4鈦合金板材最大殘余壓應(yīng)力層深和殘余壓應(yīng)力場(chǎng)深度影響顯著。隨著彈丸尺寸增大，殘余應(yīng)力曲線向右側(cè)偏移，板材表面粗糙度增加。隨著噴丸速度增加，殘余應(yīng)力曲線向右下方偏移，殘余應(yīng)力曲線四個(gè)特征參量均增大。噴丸速度由40m/s增加到100m/s時(shí)，殘余壓應(yīng)力場(chǎng)深度由92.2μm提高到167.3μm。噴丸速度越大，板材表面粗糙度越大，噴丸速度為100m/

3、s時(shí)，粗糙度為23.8μm，相對(duì)于40m/s的噴丸速度，粗糙度約增大2倍。表面覆蓋率在200％以內(nèi)時(shí)，最大殘余壓應(yīng)力層深和殘余壓應(yīng)力場(chǎng)深度分別在51.5～52.7μm和138～149μm內(nèi)小范圍波動(dòng)。隨著覆蓋率增加，板材表面殘余壓應(yīng)力減小，最大殘余壓應(yīng)力和表面粗糙度均增大。
　　對(duì)比殘余應(yīng)力在噴丸強(qiáng)度為0.2mmA時(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與噴丸速度為80m/s時(shí)的模擬結(jié)果，得出的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合，僅表面殘余壓應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)值高于模擬值。

4、表面殘余壓應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力場(chǎng)深度的實(shí)驗(yàn)值分別為755.8MPa和170μm。將板材殘余應(yīng)力和表面粗糙度在不同噴丸氣壓下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與不同噴丸速度下的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果具有同樣的變化規(guī)律。板材表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)值和模擬值隨著噴丸氣壓和噴丸速度的增大幾乎都呈線性增加趨勢(shì)。當(dāng)噴丸氣壓為0.15MPa時(shí)，粗糙度為14.8μm，噴丸氣壓增大一倍后，粗糙度約增大58.8％。同時(shí)對(duì)比不同覆蓋率下TC4鈦合金殘余應(yīng)力和粗糙度的實(shí)驗(yàn)結(jié)