本文關(guān)鍵詞：離心滾磨光整加工改善鈦合金抗疲勞性能的實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：鈦合金具備密度小、彈性模量低、比強(qiáng)度高、耐熱、耐低溫、耐蝕、生物相容性好等優(yōu)異性能，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車船舶、兵器、電子、石油化工、醫(yī)療工程等軍事及民用領(lǐng)域。但是由于鈦合金抗疲勞性能差的弱點(diǎn)，制約了其進(jìn)一步的發(fā)展及應(yīng)用。針對(duì)TC4鈦合金疲勞性能差的問(wèn)題，本文采用離心滾磨光整加工技術(shù)改善鈦合金的表面完整性，以提高其抗疲勞性能。 本文首先分析了鈦合金材料的疲勞破壞行為及其主要影響因素，并對(duì)離心滾磨光整加工提高鈦合金抗疲勞性能的機(jī)理進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，使用離心滾磨光整加工技術(shù)對(duì)TC4鈦合金試樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，主要內(nèi)容及結(jié)論如下： 1.采用正交實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)離心滾磨光整加工中主要工藝參數(shù)對(duì)TC4鈦合金表面粗糙度的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。得出結(jié)論：磨料直徑對(duì)表面粗糙度的影響最大，其次為加工時(shí)間，最后為磨料裝入量；確定各因素較好的水平組合為：磨料直徑10mm，磨料裝入量50%，加工時(shí)間50min。 2.通過(guò)有限元仿真和正交實(shí)驗(yàn)，研究了離心滾磨光整加工中主要工藝參數(shù)對(duì)TC4鈦合金殘余應(yīng)力的影響規(guī)律。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果基本保持一致。實(shí)驗(yàn)確定了各工藝參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力影響的主次順序，即磨料直徑，其次為磨料裝入量，最后為加工時(shí)間；確定各因素較好的水平組合為：磨料直徑10mm，磨料裝入量50%，加工時(shí)間40min或50min。 3.基于正交實(shí)驗(yàn)給出的優(yōu)化工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)顯微硬度計(jì)、XRD、金相顯微鏡和掃描電鏡等，測(cè)試分析了離心滾磨光整加工對(duì)TC4鈦合金顯微硬度、X射線衍射、金相組織等的影響。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)50min的滾磨光整加工，鈦合金表面顯微硬度比基體提高了89.6HV；顯微硬度的最大值出現(xiàn)在試樣最表層處，并沿層深方向逐漸減小，當(dāng)層深約為500m時(shí)，硬度值與加工前試樣的硬度已相差不大，此后基本不再變化；與未光整試樣相比，經(jīng)過(guò)光整加工后的試樣X射線衍射峰變寬，衍射峰向左產(chǎn)生了偏移，試樣表層產(chǎn)生了明顯的塑性變形，塑性變形量沿層深呈梯度變化。隨加工時(shí)間的延長(zhǎng)，塑性變形層的深度逐漸增大；當(dāng)加工時(shí)間大于40min后，塑性變形層的深度變化不大，但晶粒尺寸得到了進(jìn)一步的細(xì)化。 4.在610MPa應(yīng)力條件下，對(duì)離心滾磨光整加工前的疲勞試樣和離心滾磨光整加工50min后的疲勞試樣分別進(jìn)行了拉-拉疲勞試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，離心滾磨光整加工可有效提高TC4鈦合金的拉-拉疲勞壽命。 本文通過(guò)模擬仿真和實(shí)驗(yàn)研究，找出了較優(yōu)的離心滾磨光整加工TC4鈦合金的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈦合金表面完整性的綜合改善，，對(duì)提高鈦合金的抗疲勞性能具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：光整加工 滾磨 表面完整性 抗疲勞性能 鈦合金
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4;TG146.23
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 抗疲勞制造技術(shù)簡(jiǎn)述13-14
• 1.2.1 抗疲勞制造技術(shù)的原理13
• 1.2.2 抗疲勞制造技術(shù)的分類13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外抗疲勞制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 光整加工概述17-22
• 1.4.1 光整加工的基本概念17
• 1.4.2 光整加工技術(shù)的特點(diǎn)17-18
• 1.4.3 光整加工技術(shù)的分類18-19
• 1.4.4 滾磨光整加工技術(shù)簡(jiǎn)介19-20
• 1.4.5 離心滾磨光整加工20-22
• 1.5 本文的研究意義和研究?jī)?nèi)容22-24
• 第二章 滾磨光整加工提高鈦合金抗疲勞性能的機(jī)理分析24-34
• 2.1 鈦合金的特點(diǎn)及應(yīng)用24-25
• 2.2 鈦合金的疲勞破壞及其主要影響因素25-26
• 2.3 離心滾磨光整加工改善零件抗疲勞性能的機(jī)理分析26-32
• 2.3.1 表面粗糙度27-28
• 2.3.2 應(yīng)力強(qiáng)化28-30
• 2.3.3 組織強(qiáng)化30-32
• 2.3.4 顯微硬度32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第三章 滾磨光整加工鈦合金表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)研究34-48
• 3.1 表面粗糙度測(cè)量方法34-35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料及試樣制備35-36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)條件36-37
• 3.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法37-40
• 3.4.1 參數(shù)水平的選擇37-38
• 3.4.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果38-40
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析40-47
• 3.5.1 正交實(shí)驗(yàn)的極差分析41-44
• 3.5.2 正交實(shí)驗(yàn)的方差分析44-47
• 3.5.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第四章 滾磨光整加工鈦合金殘余應(yīng)力的仿真與實(shí)驗(yàn)研究48-62
• 4.1 殘余應(yīng)力的仿真48-51
• 4.1.1 模型的建立49-50
• 4.1.2 仿真結(jié)果與分析50-51
• 4.2 殘余應(yīng)力測(cè)量方法51-52
• 4.3 殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)研究52-60
• 4.3.1 試樣的制備及實(shí)驗(yàn)條件52
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)52-53
• 4.3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析53-59
• 4.3.3.1 正交實(shí)驗(yàn)的極差分析53-57
• 4.3.3.2 正交實(shí)驗(yàn)的方差分析57-59
• 4.3.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 滾磨光整加工對(duì)鈦合金表層組織及抗疲勞性能影響的研究62-74
• 5.1 實(shí)驗(yàn)條件62-63
• 5.2 顯微硬度的測(cè)試及結(jié)果分析63-65
• 5.3 X 射線衍射分析65-67
• 5.4 金相組織分析67-68
• 5.5 掃描電鏡分析68-70
• 5.6 疲勞試驗(yàn)70-72
• 5.7 本章小結(jié)72-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-84
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文84

【參考文獻(xiàn)】

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