采用濕法噴丸強(qiáng)化工藝（wet shot-peening）對(duì)TC4鈦合金表面進(jìn)行處理,研究高、低周的拉-拉疲勞過程中合金殘余應(yīng)力松弛規(guī)律,探討再次噴丸工藝（re-shot-peening,RSP）對(duì)疲勞壽命的影響。結(jié)果表明:在拉應(yīng)力載荷狀態(tài)下,殘余壓應(yīng)力依然發(fā)生松弛現(xiàn)象。疲勞載荷水平對(duì)噴丸TC4鈦合金殘余壓應(yīng)力場(chǎng)（CRSF）的松弛速率、松弛程度和松弛范圍具有重要影響。高周疲勞（HCF）過程中殘余應(yīng)力松弛主要發(fā)生在近表層0～30μm,松弛速率較慢。低周疲勞（LCF）過程中殘余應(yīng)力松弛發(fā)生在0～80μm,范圍更大,速率更快。RSP周期對(duì)于TC4鈦合金的疲勞壽命也具有較大影響。在25%和50%初始噴丸疲勞壽命進(jìn)行RSP處理會(huì)顯著提高疲勞壽命,而在75%初始噴丸疲勞壽命處進(jìn)行RSP處理對(duì)于疲勞壽命基本沒有影響。此外,RSP的強(qiáng)化效果與疲勞載荷水平相關(guān),對(duì)于高周疲勞壽命提高明顯。 

【文章來源】：材料工程. 2020,48(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

疲勞試樣尺寸圖

圖4為在不同循環(huán)載荷下最大殘余應(yīng)力隨疲勞循環(huán)周期變化的松弛曲線。由圖4可見,高周疲勞(high cycle fatigue,HCF)和LCF殘余應(yīng)力松弛有著明顯的區(qū)別:在HCF過程中,最大殘余應(yīng)力的衰減主要集中在循環(huán)前期,到后期基本保持不變;而在LCF過程中最大殘余應(yīng)力在整個(gè)循環(huán)持續(xù)發(fā)生衰減。此外,疲勞載荷峰值越高,殘余應(yīng)力松弛程度越大。TC4合金CRSF的松弛可歸因于兩方面的原因:首先,噴丸引入的表層材料加工硬化會(huì)在疲勞過程中又發(fā)生循環(huán)軟化。Cheong等[11]發(fā)現(xiàn)加工硬化程度較高的噴丸處理TC4合金殘余應(yīng)力在LCF過程中會(huì)發(fā)生明顯的松弛,而加工硬化程度較低的低塑性拋光所致殘余應(yīng)力并沒有變化。經(jīng)過噴丸之后的TC4合金表面發(fā)生加工硬化現(xiàn)象,其微觀表現(xiàn)為大量的位錯(cuò)塞積群。在隨后的循環(huán)加載過程中,合金位錯(cuò)密度降低,發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)效應(yīng),在宏觀上表現(xiàn)為循環(huán)軟化的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致應(yīng)力松弛。其次,載荷峰值的大小也是殘余應(yīng)力松弛的影響因素。閆德俊[13]研究焊接殘余應(yīng)力的松弛行為,發(fā)現(xiàn)殘余應(yīng)力的松弛與載荷峰值密切相關(guān),峰值越大殘余應(yīng)力松弛就越嚴(yán)重。本實(shí)驗(yàn)采用的循環(huán)載荷峰值最大為750 MPa(0.83σy),與材料的屈服強(qiáng)度非常接近,因此高循環(huán)載荷峰值也是殘余應(yīng)力松弛的主要原因。

為了更加深入了解殘余應(yīng)力松弛對(duì)疲勞壽命的影響,本工作對(duì)TC4鈦合金試樣不同循環(huán)周期進(jìn)行RSP處理。采用濕噴丸處理,噴丸強(qiáng)度為0.4 mm·N,覆蓋率為100%。圖5所示為噴丸處理后的表面形貌。RSP處理之后表面波峰高度和波谷深度較初始噴丸時(shí)明顯增加,單峰的平均間距同樣增加,曲率明顯尖銳化。取多次測(cè)量的粗糙度平均值來表征表面狀態(tài),結(jié)果如圖6所示。噴丸較未噴丸表面粗糙度增加了約500%,RSP處理后粗糙度較初始噴丸時(shí)增加了約18.6%。粗糙度的增加表明表面完整性遭到更加嚴(yán)重的破壞,對(duì)于TC4鈦合金的疲勞有著消極的影響。圖6 不同噴丸狀態(tài)下TC4鈦合金試樣的表面粗糙度

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]噴丸強(qiáng)化對(duì)Ti6Al4V半橢圓表面裂紋J積分和裂紋擴(kuò)展速率的影響[J]. 侯帥,朱有利,邱驥,倪永恒.  材料工程. 2019(01)
[2]金屬材料的噴丸強(qiáng)化原理及其強(qiáng)化機(jī)理綜述[J]. 王仁智.  中國(guó)表面工程. 2012(06)
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博士論文
[1]濕噴丸強(qiáng)化Ti-6Al-4V合金的微動(dòng)磨損和微動(dòng)疲勞行為及其機(jī)理研究[D]. 李康.大連理工大學(xué) 2016
[2]高速列車底架用鋁合金焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展特性[D]. 閆德俊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3382892