噴丸強化TC4 ELI鈦合金的殘余應(yīng)力深度敏感壓痕測試與有限元模擬研究.pdf

1、TC4鈦合金由于具有密度低、屈強比高等一系列優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中，大量服役中的工程裝備常常承受復(fù)雜的交變載荷作用，僅僅依靠材料本身的疲勞抗力有時難以滿足工程裝備的長服役壽命和高可靠性等技術(shù)要求。噴丸處理作為有效的表面強化處理方法，已被廣泛應(yīng)用于提高材料及其構(gòu)件的疲勞強度和疲勞壽命。因此，為了促進鈦合金在航空航天等領(lǐng)域中的更好應(yīng)用，系統(tǒng)研究噴丸處理后鈦合金材料表面強化層的殘余應(yīng)力場和力學(xué)性能分布規(guī)律，進而研究噴丸

2、工藝參數(shù)與殘余應(yīng)力分布特征的相關(guān)性，并進一步研究噴丸強化殘余應(yīng)力場的定量評估方法等，將具有重要的工程實際意義。
　　本文主要采用深度敏感壓痕測試和金相組織檢查，并結(jié)合有限元數(shù)值模擬方法，系統(tǒng)研究了TC4 ELI鈦合金光滑試樣和單邊缺口試樣噴丸強化層的殘余應(yīng)力分布和力學(xué)性能變化規(guī)律。
　　首先，采用深度敏感壓痕技術(shù)，結(jié)合M.Dao等人提出的逆向算法確定出噴丸強化層材料力學(xué)性能的變化特征。結(jié)果表明:噴丸撞擊引起的材料非均勻形變硬

3、化和延性耗散提高了噴丸強化層材料的剛度特性和變形抗力，但降低了強化層材料的塑性與韌性性質(zhì)。上述材料力學(xué)性能的變化規(guī)律與噴丸強度相關(guān)。
　　其次，應(yīng)用顯微分析術(shù)研究發(fā)現(xiàn):噴丸強化層內(nèi)材料產(chǎn)生了明顯的滑移帶，噴丸撞擊引起材料表面位錯密度的提高導(dǎo)致了變形層的循環(huán)硬化，使噴丸強化層內(nèi)的顯微組織趨于等軸化且誘發(fā)了β相向α相的轉(zhuǎn)變。
　　同時，基于深度敏感壓痕測試，采用Suresh修正模型確定出不同噴丸強度下光滑與缺口試樣的殘余應(yīng)力分布

4、特征。結(jié)果表明:噴丸引入的殘余應(yīng)力場由表層的壓殘余應(yīng)力區(qū)向次表層的拉殘余應(yīng)力區(qū)過渡。噴丸強度的提高增大了壓殘余應(yīng)力區(qū)域，但對其最大壓殘余應(yīng)力的影響很小。噴丸強化殘余應(yīng)力場的分布規(guī)律與噴丸強度相關(guān)?；诒疚奶岢龅臍堄鄳?yīng)力定量評估方法得到的結(jié)果與其深度敏感壓痕測試獲得的殘余應(yīng)力場兩者基本一致。
　　最后，論文還采用有限元數(shù)值模擬方法研究了噴丸強化光滑試樣的殘余應(yīng)力分布特征，并與深度敏感壓痕測試得到的殘余應(yīng)力場進行了對比。結(jié)果表明:數(shù)值