激光强化工艺对TC11材料的高温微动疲劳寿命影响研究
发布时间：2021-03-06 03:17
微动疲劳损伤在连接结构中十分常见,该损伤会加速材料的疲劳失效,大大降低结构的安全性。因此,人们尝试利用各种表面防护技术来增强材料抗微动疲劳损伤的能力。激光冲击强化作为一种新型的表面强化技术,经过了近几十年的迅速发展,在提升材料疲劳寿命方面展现出了巨大潜力。然而,目前针对激光冲击强化工艺下的高温微动疲劳研究还较少,对于激光冲击强化工艺在高温环境下抗微动疲劳损伤的能力尚不明确,因此本文开展了激光冲击强化后构件的高温微动疲劳试验,分析了激光冲击强化对微动疲劳的影响机制,并对相应的高温微动疲劳寿命进行了预测,上述工作都可以为激光冲击强化在抗高温微动疲劳领域提供参考,具有一定的理论意义和工程参考价值。本文主要的研究内容如下:激光冲击强化工艺参数的选取及强化后TC11材料表面特性研究。以激光冲击强化试验原理和室温下激光冲击强化后试验件的微动疲劳试验结果为基础,选取功率密度为4.8GW/cm2的激光对TC11钛合金材料开展激光冲击强化试验,分析了高温及微动疲劳载荷对材料表层的硬度和残余应力影响,试验结果表明:激光冲击强化后,材料表层会出现残余压应力并发生硬化;温度对于激光冲击强...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Kwon采用的高温微动疲劳试验装置
图 1.2 喷丸和激光冲击强化的残余应力分布4年，Fleury[12]等人通过针对镍基多晶高温合金材料的高温微动疲劳试验，发现行高温微动疲劳试验时，试验结果有明显差异，0.25Hz 低频率对应的微动疲认为这是因为在较低的频率下接触面有更多的时间生成氧化层，氧化层的存的摩擦力，从而降低接触边缘的应力。7 年，Abbasi 和 Majzoobi[13]在 200℃下针对铝合金材料开展了微动疲劳试验，不同的载荷下，材料的微动疲劳寿命较室温下降了 30-46%。通过显微试验，面上出现了明显的滑移区，并且相对于室温下，高温下的滑移区宽度更大。现象的原因是在高温下材料更软，因而微动接触面间的摩擦会带来更加严重，Alkelae[14]等人通过高温下微动试验发现，微动接触面间会形成釉质氧化层层可以有效减少摩擦系数和磨损量，并研究了不同温度下釉质氧化层的稳定时形成了稳定的釉质氧化层，材料表面几乎没有发生微动磨损，但当加大载釉质氧化层发生破裂，材料的微动磨损量又开始上升。目前针对高温微动疲劳的研究还较少，国内北京科技大学的陆永浩课题组[15
图 1.3 不同温度下的残余应力等人[34]研究了经激光冲击强化处理的钛合金薄壁构件残余应力稳定性保持较好，松弛率仅仅只有 3%。因此又在环境温度为 300℃、400℃及情况进行了保温试验，试验结果如图 1.4 所示，随着温度上升，应力松认为这是由于随着温度升高，材料内部的也随之热应力增大，晶界间位。有趣的是，在 300℃+400℃交替保温时，其残余应力松弛率要高于 此外更加重要的是，实验结果表明：残余应力值在保温初期迅速释放，，残余应力会趋于稳定值，而不是完全松弛，这也为激光冲击强化在高础。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击与喷丸复合强化TC17钛合金表层残余应力研究[J]. 曹子文,张杰,车志刚,邹世坤. 表面技术. 2018(11)
[2]激光冲击强化在高温合金材料应用上的研究进展[J]. 卢国鑫,金涛,周亦胄,赵吉宾,刘纪德,乔红超,孙晓峰. 中国有色金属学报. 2018(09)
[3]方形光斑激光冲击强化金属表面的耐腐蚀性能及机理[J]. 邓仲华,刘其斌,徐鹏,姚志浩. 材料工程. 2018(08)
[4]钛合金薄壁构件激光冲击残余应力稳定性研究[J]. 何卫锋,李翔,聂祥樊,李应红,罗思海. 金属学报. 2018(03)
[5]TC17钛合金激光冲击温强化机制的研究[J]. 陆莹,赵吉宾,乔红超,孙博宇. 表面技术. 2018(02)
[6]ZL702A铝合金构件微动疲劳寿命预测研究[J]. 蔡强,张翼,李闯,邹润. 表面技术. 2017(04)
[7]激光冲击强化铜的表面质量和性能[J]. 王峰,左慧,赵雳,陈美. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[8]纳秒脉冲激光诱导冲击波作用下TC17钛合金高应变率本构模型参数辨识[J]. 游熙,聂祥樊,何卫锋,李东霖. 中国激光. 2016(08)
[9]激光搭接冲击20CrNiMo钢微观强化的研究[J]. 王国明. 应用激光. 2016(01)
[10]激光喷丸IN718镍基合金残余应力高温松弛及晶粒演变特征[J]. 章海峰,黄舒,盛杰,徐苏强,韩煜航,周建忠. 中国激光. 2016(02)
博士论文
[1]圆弧端齿结构设计方法与微动疲劳寿命预测模型研究[D]. 李爱民.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]不同温度下激光冲击TA2工业纯钛拉伸性能及微观强化机理研究[D]. 刘月.江苏大学 2017
[2]激光冲击强化对微动疲劳寿命的影响研究[D]. 文长龙.南京航空航天大学 2017
[3]圆弧榫连接结构微动疲劳寿命预测模型研究[D]. 李奇璇.南京航空航天大学 2015
[4]圆弧接触面和激光淬火对微动疲劳寿命的影响研究[D]. 刘斌.南京航空航天大学 2012
本文编号：3066342
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Kwon采用的高温微动疲劳试验装置
图 1.2 喷丸和激光冲击强化的残余应力分布4年，Fleury[12]等人通过针对镍基多晶高温合金材料的高温微动疲劳试验，发现行高温微动疲劳试验时，试验结果有明显差异，0.25Hz 低频率对应的微动疲认为这是因为在较低的频率下接触面有更多的时间生成氧化层，氧化层的存的摩擦力，从而降低接触边缘的应力。7 年，Abbasi 和 Majzoobi[13]在 200℃下针对铝合金材料开展了微动疲劳试验，不同的载荷下，材料的微动疲劳寿命较室温下降了 30-46%。通过显微试验，面上出现了明显的滑移区，并且相对于室温下，高温下的滑移区宽度更大。现象的原因是在高温下材料更软，因而微动接触面间的摩擦会带来更加严重，Alkelae[14]等人通过高温下微动试验发现，微动接触面间会形成釉质氧化层层可以有效减少摩擦系数和磨损量，并研究了不同温度下釉质氧化层的稳定时形成了稳定的釉质氧化层，材料表面几乎没有发生微动磨损，但当加大载釉质氧化层发生破裂，材料的微动磨损量又开始上升。目前针对高温微动疲劳的研究还较少，国内北京科技大学的陆永浩课题组[15
图 1.3 不同温度下的残余应力等人[34]研究了经激光冲击强化处理的钛合金薄壁构件残余应力稳定性保持较好，松弛率仅仅只有 3%。因此又在环境温度为 300℃、400℃及情况进行了保温试验，试验结果如图 1.4 所示，随着温度上升，应力松认为这是由于随着温度升高，材料内部的也随之热应力增大，晶界间位。有趣的是，在 300℃+400℃交替保温时，其残余应力松弛率要高于 此外更加重要的是，实验结果表明：残余应力值在保温初期迅速释放，，残余应力会趋于稳定值，而不是完全松弛，这也为激光冲击强化在高础。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光冲击与喷丸复合强化TC17钛合金表层残余应力研究[J]. 曹子文,张杰,车志刚,邹世坤. 表面技术. 2018(11)
[2]激光冲击强化在高温合金材料应用上的研究进展[J]. 卢国鑫,金涛,周亦胄,赵吉宾,刘纪德,乔红超,孙晓峰. 中国有色金属学报. 2018(09)
[3]方形光斑激光冲击强化金属表面的耐腐蚀性能及机理[J]. 邓仲华,刘其斌,徐鹏,姚志浩. 材料工程. 2018(08)
[4]钛合金薄壁构件激光冲击残余应力稳定性研究[J]. 何卫锋,李翔,聂祥樊,李应红,罗思海. 金属学报. 2018(03)
[5]TC17钛合金激光冲击温强化机制的研究[J]. 陆莹,赵吉宾,乔红超,孙博宇. 表面技术. 2018(02)
[6]ZL702A铝合金构件微动疲劳寿命预测研究[J]. 蔡强,张翼,李闯,邹润. 表面技术. 2017(04)
[7]激光冲击强化铜的表面质量和性能[J]. 王峰,左慧,赵雳,陈美. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[8]纳秒脉冲激光诱导冲击波作用下TC17钛合金高应变率本构模型参数辨识[J]. 游熙,聂祥樊,何卫锋,李东霖. 中国激光. 2016(08)
[9]激光搭接冲击20CrNiMo钢微观强化的研究[J]. 王国明. 应用激光. 2016(01)
[10]激光喷丸IN718镍基合金残余应力高温松弛及晶粒演变特征[J]. 章海峰,黄舒,盛杰,徐苏强,韩煜航,周建忠. 中国激光. 2016(02)
博士论文
[1]圆弧端齿结构设计方法与微动疲劳寿命预测模型研究[D]. 李爱民.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]不同温度下激光冲击TA2工业纯钛拉伸性能及微观强化机理研究[D]. 刘月.江苏大学 2017
[2]激光冲击强化对微动疲劳寿命的影响研究[D]. 文长龙.南京航空航天大学 2017
[3]圆弧榫连接结构微动疲劳寿命预测模型研究[D]. 李奇璇.南京航空航天大学 2015
[4]圆弧接触面和激光淬火对微动疲劳寿命的影响研究[D]. 刘斌.南京航空航天大学 2012
本文编号：3066342
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