發(fā)布時(shí)間：2021-06-05 07:14

　　鈦合金因其比強(qiáng)度高,能適應(yīng)較高溫度的工況環(huán)境,通常用來(lái)制造飛機(jī)氣壓機(jī)葉片和結(jié)構(gòu)零件。鈦合金在長(zhǎng)期惡劣的條件下服役往往會(huì)發(fā)生疲勞失效,進(jìn)而造成巨大損失,因此,研究鈦合金的疲勞失效機(jī)理,提高鈦合金的疲勞極限成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)問題。為提高材料的疲勞極限,出現(xiàn)了多種強(qiáng)化方法,超聲噴丸處理是材料表面強(qiáng)化常用的方法之一,它可以實(shí)現(xiàn)材料表面納米化。針對(duì)超聲噴丸提高疲勞極限可從兩方面分析:一是經(jīng)過超聲噴丸處理的材料獲得一定深度的應(yīng)力場(chǎng),這部分殘余壓應(yīng)力有效地抵消了部分外界的拉應(yīng)力,推遲了材料達(dá)到失效的時(shí)間;二是材料表層的納米晶可以有效阻止裂紋萌生,進(jìn)而提高材料的疲勞極限。同時(shí),基體的粗晶可以保持材料的塑性,實(shí)現(xiàn)提高材料疲勞性能的效果。本文采用超聲噴丸處理TC4合金,實(shí)現(xiàn)表面納米化,通過350℃低溫?zé)崽幚磲尫挪糠謿堄鄳?yīng)力,并保持表層晶粒仍然保持在納米級(jí)。研究四點(diǎn)彎曲疲勞性能的變化規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn),超聲噴丸30min試樣疲勞失效形式以單一裂紋源萌生裂紋,超聲噴丸30min+350℃熱處理60min試樣裂紋起裂方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘣疵壬?但都從次表層萌生,而原始試樣裂紋從表層萌生。在超聲噴丸30min試樣、超聲噴丸... 

【文章來(lái)源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

普通噴丸Fig1.1CommonShotPeening

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6(2)超聲噴丸/高能噴丸法國(guó)SONATS公司和日本ToyoSeiko公司較早開發(fā)了超聲噴丸技術(shù)[27]，超聲噴丸（UltrasonicShotPeening,USSP）技術(shù)是利用激振器產(chǎn)生的高頻聲波使彈丸在抽真空的容器內(nèi)機(jī)械振動(dòng)，彈丸以隨機(jī)方向撞擊工件表面，每一次的撞擊都會(huì)使工件產(chǎn)生小的塑性變形，積累的變形使表層晶粒產(chǎn)生破碎，甚至達(dá)到納米級(jí)如圖2(b)受力示意圖[28]，設(shè)備見圖1.2(a)。通常超聲噴丸激振器頻率大于20kHz，彈丸直徑在毫米尺度(0.1-1.8mm)，彈丸材質(zhì)可根據(jù)處理工件的不同選擇鑄鋼丸或陶瓷丸。由于彈丸能量由激振器傳遞，即會(huì)產(chǎn)生較高的速度，一般大于120m/s。超聲噴丸，對(duì)應(yīng)的壓力值相對(duì)較大，受力也較高，其應(yīng)用一般是在處理方式更為復(fù)雜、材料厚度較厚的情況下。在其噴丸強(qiáng)化工作結(jié)束之后，無(wú)需進(jìn)行后續(xù)的彈丸的收集、清理工作，可以選擇多次應(yīng)用，操作更加的便捷、簡(jiǎn)單，受到各方面的制約較小，可以進(jìn)行異形件的強(qiáng)化處理。與超聲噴丸相比，高能噴丸(HighEnergyShotPeening,HESP)與其有相似的結(jié)構(gòu)[29]，不同之處在于高能噴丸的彈丸直徑更大(10mm左右)，激振器產(chǎn)生的頻率較低(30Hz)，原理也是利用激振器使彈丸產(chǎn)生動(dòng)能，作用于材料表面，產(chǎn)生由表及里各個(gè)方向的應(yīng)力應(yīng)變，如圖1.2(b)。圖1.2超聲噴丸/高能噴丸(a)設(shè)備圖(b)應(yīng)力圖Fig1.2USSP/HESP(a)Facility;(b)StressGraph(3)微粒子噴丸微粒子噴丸處理(FineParticalPeening)是近年來(lái)興起的一種新型金屬表面處理方法，操作簡(jiǎn)單，成本低。它的原理圖如圖1.3，與普通噴丸類似，首先將高壓氣體進(jìn)行干燥，給彈丸施加高速動(dòng)能，通過噴槍噴出，反復(fù)沖擊工件表面，使材料表面發(fā)生塑性變形，晶粒細(xì)化，在材料的外表面形成加工硬化層，有效提高

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文7材料表面的強(qiáng)度。沖擊后再對(duì)彈丸進(jìn)行分揀，重復(fù)利用。與普通噴丸的區(qū)別是彈丸粒子直徑小，在20~200μm范圍內(nèi)，在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)表面變形更加均勻，保證了材料表面的粗糙度。微粒子噴丸主要從兩方面實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化[30]：一是微粒子從各個(gè)方向撞擊材料表面，使晶粒內(nèi)產(chǎn)生的位錯(cuò)相互纏結(jié)，形成位錯(cuò)墻，材料若要再次發(fā)生塑性變形即需要更大的應(yīng)力，強(qiáng)度得以提高。二是微粒子流在材料表面不斷撞擊，一部分動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，內(nèi)部能量增加而發(fā)熱，產(chǎn)生極速發(fā)熱急速冷卻的效果以及誘變引發(fā)晶粒細(xì)化。圖1.3微粒子噴丸簡(jiǎn)圖Fig1.3FineParticalPeeningDiagram(4)激光噴丸激光噴丸(LaserShotPeening)，主要是一種負(fù)責(zé)強(qiáng)化表面的技術(shù)，可以進(jìn)一步提升金屬材料的抗疲勞性能，已經(jīng)廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化。在沖擊靶材前首先在靶材表面黏上鋁箔或黑膠帶作為吸收保護(hù)層，然后用有機(jī)玻璃覆蓋在上邊作為約束層，如圖1.4。當(dāng)短脈寬的激光束沖擊靶材表面時(shí)，表面保護(hù)層會(huì)在高密度的激光照射束作用下吸收能量，轉(zhuǎn)化為等離子體，同時(shí)等離子體膨脹過程中會(huì)受到約束層的限制，從而形成較大壓力的等離子體沖擊波作用在靶材表面，產(chǎn)生塑性變形，并最終殘留一定的殘余壓應(yīng)力，使其表層顯微組織也發(fā)生變化[31]。激光噴丸強(qiáng)化的結(jié)果更為理想，在表層形成約100微米至200微米深的殘余應(yīng)力場(chǎng)，處理后可以使晶粒尺寸變小，表層組織的位錯(cuò)密度得到提高。激光噴丸強(qiáng)化相比傳統(tǒng)的噴丸技術(shù)，有效的進(jìn)一步減少了外來(lái)元素對(duì)自身的不良影響，而且其光斑的大小在幾毫米之間，其強(qiáng)化作用更加的準(zhǔn)確、直接[32]。由于工件和靶材不直接接觸，激光噴丸后靶材表面光潔，保持了較好的表面完整性。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3211704