【摘要】：電脈沖處理工藝是一種高效、綠色的金屬材料改性技術(shù),研究該技術(shù)對我國材料科學和可持續(xù)發(fā)展具有重要推進意義。本文對航空用TC11鈦合金材料進行電脈沖處理,研究脈沖電流對其力學性能的影響,并從多方面探討電脈沖的作用機理,然后對TC11鈦合金材料制造的壓氣機葉片進行疲勞壽命仿真,在構(gòu)件層面驗證脈沖電流的改性效果。首先利用紅外熱像儀觀察電脈沖處理時試樣的表面溫度變化情況;接著利用拉伸試驗機和高頻疲勞試驗機對電脈沖處理前后的標準TC11試棒進行拉伸和疲勞性能測試,并用P-N圖法驗證應力625 MPa下的TC11鈦合金疲勞壽命服從正態(tài)分布。采用金相顯微鏡、超景深三維顯微鏡和掃描電子顯微鏡(SEM)、電阻率測試儀、顯微硬度計分別觀察和測量電脈沖處理后TC11鈦合金試樣的顯微組織、疲勞和拉伸斷口、電阻率、α相顯微硬度的變化情況;再采用Ansys Workbench軟件,結(jié)合拉伸試驗中測得的參數(shù)對由TC11鈦合金制作的飛機壓氣機葉片進行靜力學分析,獲取葉片危險點;最后利用疲勞分析軟件,結(jié)合靜力學分析結(jié)果和疲勞試驗所得的S-N曲線,采用名義應力法和Miner累積損傷法則對葉片進行疲勞壽命計算,得到電脈沖處理前后葉片的疲勞壽命。研究結(jié)果表明,TC11鈦合金經(jīng)電脈沖處理后塑性提升11.3%,S-N曲線整體上移,疲勞極限提高了19.3 MPa,而彈性模量和抗拉強度保持不變。脈沖電流處理使TC11試樣溫度迅速升高,導致局部再結(jié)晶產(chǎn)生細小晶粒,從而改善材料拉伸性能。經(jīng)電脈沖處理后的TC11鈦合金拉伸斷口韌窩少且深,疲勞斷口上裂紋傳播紋路清晰規(guī)則,疲勞裂紋源內(nèi)移,α相顯微硬度值提高14.9 HV,電阻率降低了0.433 mΩ·mm。電脈沖引起的材料內(nèi)部局部溫差場作用于微觀缺陷,使缺陷與基體間產(chǎn)生壓應力,促使微裂紋愈合,雜質(zhì)與基體間嚙合程度更高,減少TC11鈦合金在受力作用時內(nèi)部微裂紋的萌發(fā)概率,并且使材料內(nèi)部應力集中部位發(fā)生應力松弛,微觀組織轉(zhuǎn)向更加均勻穩(wěn)定的狀態(tài),力學性能也隨之得到改善。由疲勞壽命仿真結(jié)果可知,與未處理材料制造的壓氣機葉片相比,由電脈沖處理的TC11鈦合金制造的葉片的疲勞壽命增加了280500次。
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V215.5
【圖文】：

機盤、葉片等關(guān)鍵零部件[53-54]。表 2-1 TC11 鈦合金化學成分(%, 質(zhì)量分數(shù))Ti Al Mo Zr Si Fe C Others88.042 6.763 3.064 1.412 0.265 0.210 0.082 Balance2 試樣制備TC11 鈦合金原始材料為棒材，在進行機加工之前先進行熱處理，熱處理雙重退火：950℃1-2h，空冷；530℃6h，空冷。拉伸試樣和疲勞試樣都狀，制備參考國家標準[55-56]，拉伸試樣直接在車床上經(jīng)粗車后半精車加工平行段直徑為 8mm，而疲勞試樣半精車后還經(jīng)拋光處理，使圓弧表面更，最小處直徑為 5 mm，其具體形狀尺寸分別如圖 2-1、2-2 所示。

圖 2-2 TC11 鈦合金疲勞試樣形狀和尺寸3 試樣脈沖電流處理拉伸試樣與疲勞試樣制備完后，將兩類試樣再分別分成兩組，一組試樣保，另外一組在脈沖電流處理裝置上進行電脈沖處理，脈沖電流處理裝置由開發(fā)制造，其示意圖如圖 2-3 所示。

圖 2-2 TC11 鈦合金疲勞試樣形狀和尺寸 試樣脈沖電流處理伸試樣與疲勞試樣制備完后，將兩類試樣再分別分成兩組，一組試另外一組在脈沖電流處理裝置上進行電脈沖處理，脈沖電流處理裝發(fā)制造，其示意圖如圖 2-3 所示。

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