TC4鈦合金噴丸強(qiáng)化表面完整性研究.pdf

1、TC4鈦合金由于比強(qiáng)度高、中溫性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)成為最早用于制作航空發(fā)動機(jī)的壓縮機(jī)葉片和渦輪盤的鈦合金，但較差的抗疲勞性能限制了其在航空航天工業(yè)的應(yīng)用發(fā)展。噴丸強(qiáng)化技術(shù)是提高金屬材料的疲勞性能及抗應(yīng)力腐蝕能力的有效手段之一。本文采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、X射線衍射儀、維氏硬度計(jì)、表面輪廓儀及疲勞試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備，針對鋼丸干噴丸強(qiáng)化和陶瓷丸濕噴丸強(qiáng)化的表面強(qiáng)化工藝特點(diǎn)，系統(tǒng)地研究了噴丸強(qiáng)化后TC4鈦合金的表面完整性及疲勞性能。
　　TC4鈦

2、合金經(jīng)過鋼丸干噴丸強(qiáng)化后，表層產(chǎn)生較大殘余壓應(yīng)力場。隨噴丸強(qiáng)度增加，表層殘余應(yīng)力值、最大殘余壓應(yīng)力及殘余壓應(yīng)力場深度均逐漸增加，最大殘余壓應(yīng)力位于次表層約30μm;表層組織加工硬化效果明顯，加工硬化層與殘余應(yīng)力場的深度基本一致;表面粗糙度Ra值隨噴丸強(qiáng)度增加而增大。表層組織由等軸晶組織轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀組織結(jié)構(gòu)。0.3 mmA噴丸強(qiáng)度下，纖維狀組織結(jié)構(gòu)層深約100μm。
　　采用濕噴丸強(qiáng)化工藝對TC4鈦合金進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，研究了噴丸強(qiáng)

3、度和覆蓋率參數(shù)對表面完整性的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:濕噴丸強(qiáng)化在合金表面引入殘余壓應(yīng)力場，隨噴丸強(qiáng)度增加，最大殘余壓應(yīng)力及殘余應(yīng)力場深度逐漸增加。最大殘余壓應(yīng)力位于次表層約25μm;在較低強(qiáng)度（0.1～0.2 mmN）下，Ra值增加不明顯，試片表面機(jī)械加工劃痕消失，粗糙度值和原始態(tài)接近或降低，在噴丸強(qiáng)度較高時(shí)，Ra值增加明顯。經(jīng)過濕噴丸強(qiáng)化后，表層組織發(fā)生循環(huán)塑性形變，表現(xiàn)出顯微硬度增加、衍射峰寬化、晶粒細(xì)化及晶格畸變程度增大等特點(diǎn)。增

4、加覆蓋率可以降低表面粗糙度，但覆蓋率過高時(shí)，殘余壓應(yīng)力場影響深度減小，表層組織出現(xiàn)加工軟化現(xiàn)象。
　　疲勞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，濕噴丸強(qiáng)化處理能夠有效提高TC4合金在低應(yīng)力下的疲勞壽命，其改善效果和噴丸強(qiáng)度之間不是單調(diào)關(guān)系，即存在最優(yōu)噴丸工藝參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在噴丸強(qiáng)度為0.3 mmN和覆蓋率為400％時(shí)，疲勞壽命改善效果最為顯著。通過TC4鈦合金疲勞試樣斷裂斷口分析發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)噴丸強(qiáng)化原始試樣的疲勞裂紋源位于試樣的表面，而經(jīng)過濕噴丸強(qiáng)化后