【摘要】：Ti-6Al-4V合金具有優(yōu)異的綜合性能,在航空航天等領域具有非常重要的應用價值,但是該合金的抗疲勞性能較差,在服役過程中易發(fā)生疲勞失效,限制了鈦合金的應用。噴丸強化處理能夠有效改善鈦合金的抗疲勞性能,其在強化層內(nèi)部產(chǎn)生的殘余壓應力是提高抗疲勞性能的關鍵因素。本文利用X射線衍射、透射電鏡等技術系統(tǒng)地研究了濕、干式噴丸強化后Ti-6Al-4V合金在不同噴丸工藝參數(shù)下殘余應力場的分布規(guī)律和對應的微觀組織演變規(guī)律,并基于微觀組織特征分析了殘余應力場的形成機理。另外,通過有限元模擬方法對鈦合金的干噴丸過程進行了數(shù)值模擬,探究噴丸工藝參數(shù)對殘余應力場的影響。實驗研究和數(shù)值模擬的結果能夠為工程應用提供理論支撐和指導。結果表明:Ti-6Al-4V合金在不同的噴丸工藝參數(shù)下殘余應力場的各個特征參數(shù)(表面殘余壓應力、最大殘余壓應力及其位置、殘余壓應力場深度)不同。隨著噴丸強度的提高,殘余壓應力場深度增加,最大殘余壓應力數(shù)值增加、位置內(nèi)移。當噴丸強度提高到一定程度后,殘余應力場發(fā)生飽和。隨著噴丸覆蓋率的提高,表面殘余壓應力降低,最大殘余壓應力數(shù)值增加、位置內(nèi)移,殘余壓應力場深度增加。隨著材料表面加工硬化程度的提高,最大殘余壓應力位置內(nèi)移。另外,在干噴丸工藝中,陶瓷丸噴丸后形成的表面殘余壓應力和最大殘余壓應力數(shù)值要大于鑄鋼丸噴丸。通過對強化層的微觀組織進行觀察發(fā)現(xiàn),根據(jù)微觀組織特點可將殘余壓應力層分為表面應力區(qū)、近表面應力區(qū)、最大應力區(qū)和近基體應力區(qū)四個區(qū)域。最大應力區(qū)總是伴有長程有序排列的位錯塞積群,這種微觀組態(tài)代表著高度的應力集中狀態(tài)。另外,在一定噴丸條件下,該區(qū)組織還存在位錯纏結和變形孿晶。表面區(qū)和近表面區(qū)組織分別發(fā)生動態(tài)回復和位錯間的交互作用,殘余應力發(fā)生松弛,因此最大殘余壓應力位于次表層。對殘余應力曲線進行力學分析表明,最大殘余壓應力位置與赫茲動態(tài)壓力產(chǎn)生的最大剪應力位置吻合。因此,最大殘余壓應力位置是微觀組織和赫茲動態(tài)壓力共同作用的結果。模擬結果表明,提高噴丸速度能夠明顯提高殘余應力場的各個特征參數(shù),但是當噴丸速度提高到一定程度后,殘余壓應力場發(fā)生飽和,進一步提高速度會使表面殘余壓應力和最大殘余壓應力數(shù)值降低。提高噴丸覆蓋率使得表面殘余壓應力減小,最大殘余壓應力數(shù)值增加、位置內(nèi)移,殘余壓應力場深度增加。此外,靶材強度高的鈦合金能夠產(chǎn)生數(shù)值更大的表面殘余壓應力和最大殘余壓應力。模擬結果和實驗結果反映規(guī)律一致,證明了模型的有效性。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG668;TG146.23

【參考文獻】

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本文編號：2720920