激光溫噴丸強化Ti6Al4V航空鈦合金的殘余應(yīng)力釋放行為及疲勞特性.pdf

1、激光溫噴丸強化（Warm Laser Peening，簡稱WLP）是由激光噴丸/沖擊強化發(fā)展而來的新的材料表面處理工藝，其結(jié)合了熱力耦合效應(yīng)在應(yīng)力強化和組織強化方面的諸多優(yōu)勢，能夠獲得比常溫激光噴丸強化技術(shù)更穩(wěn)定的殘余壓應(yīng)力分布，既能大幅提高材料的疲勞強度，又能抑制疲勞裂紋的萌生與擴展，在航空航天等工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵零部件制造中有潛在而廣泛的應(yīng)用。
　　本文以退火態(tài)的Ti6Al4V/TC4航空鈦合金為研究對象，采用理論分析、數(shù)值模擬結(jié)

2、合相關(guān)實驗的方法，研究激光溫噴丸誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力的分布特性及釋放行為，探索激光溫噴丸對低周疲勞壽命與高周疲勞壽命的影響規(guī)律，并通過斷口形貌對其斷裂機理進行分析。論文研究工作主要有以下幾個方面:
　　理論方面，根據(jù)位錯動力學(xué)、應(yīng)力釋放理論以及金屬疲勞與斷裂學(xué)，研究表面形變強化抗疲勞技術(shù)誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力場對材料疲勞特性的影響;分析了激光溫噴丸過程中位錯的結(jié)構(gòu)變化以及熱力耦合作用下塑性變形的微觀機理;研究了動態(tài)應(yīng)變時效過程中溶質(zhì)原子及柯

3、氏氣團等對位錯運動的影響，從而獲得了激光溫噴丸誘導(dǎo)的位錯密度模型;探索了低周疲勞與高周疲勞條件下材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放機理，并對激光溫噴丸誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力的穩(wěn)定性進行了分析。
　　數(shù)值模擬方面，使用有限元軟件ABAQUS對激光溫噴丸誘導(dǎo)的殘余壓應(yīng)力及釋放行為進行了數(shù)值模擬研究，并對激光溫噴丸數(shù)值模擬過程中使用到的關(guān)鍵技術(shù)和解決方案進行了探索;系統(tǒng)分析了溫度對激光溫噴丸誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力幅值、深度等分布特性的影響，闡述了激光溫噴丸誘導(dǎo)的殘

4、余壓應(yīng)力在低周疲勞條件下的釋放行為。
　　實驗方面，進行了典型試樣的激光溫噴丸系列實驗及其結(jié)果的分析與檢測，探索了激光噴丸溫度對誘導(dǎo)Ti6Al4V鈦合金殘余壓應(yīng)力場分布特性的影響規(guī)律，驗證了數(shù)值模擬的有效性;從低周及高周疲勞兩個方面，研究了不同溫度條件下激光溫噴丸誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力的釋放行為以及單聯(lián)中心孔拉伸試樣的疲勞壽命;結(jié)合試樣斷口的宏微觀形貌，分析了激光溫噴丸對材料斷裂形式及疲勞特性的影響。
　　研究結(jié)果表明，激光溫噴丸在