二次孔挤压强化对TB6钛合金疲劳性能的影响

发布时间：2020-01-23 04:25

【摘要】：为了提高TB6钛合金耳片孔的疲劳抗力,研究二次孔挤压强化对TB6钛合金耳片孔试样疲劳寿命的影响,采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨二次孔挤压强化对疲劳寿命的增益机制。结果表明:相比过盈配合试样,二次孔挤压强化耳片孔试样的轴向拉伸疲劳寿命显著提高;经二次孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善;孔壁表面粗糙度显著下降;表层晶粒组织发生了明显的塑性变形;显微硬度显著提高;形成了较深的残余压应力场和组织强化层;孔壁表面完整性的改善对微动疲劳寿命的增益具有重要作用。
【图文】：

断口形貌,耳片,疲劳试样,尺寸

第6期二次孔挤压强化对TB6钛合金疲劳性能的影响表1TB6钛合金的力学性能(20℃)Table1MechanicalpropertiesofTB6titaniumalloy(20℃)σb/MPaσ0．2/MPaδ5ψ≥1152≥1090≥13．9≥63．7初孔尺寸为鐖30mm，初孔公差为0～0．02mm，衬套内径鐖25．6mm，外径鐖30．01mm，终孔尺寸鐖26mm。该试样尺寸与实际零件的耳片孔结构近似。图1耳片孔疲劳试样尺寸Fig．1Geometryofspecimenwithtwolugs1．2实验方法采用二次冷挤压的方式对耳片孔试样进行强化处理。所用试样分为6组，第1工艺组是原始未挤压强化试样，编号为A-1，A-2;第2工艺组是小过盈量的本体孔挤压强化试样，编号为B-1，B-2;第3工艺组是大过盈量的本体孔挤压强化试样，编号为C-1，C-2;以上三组用于确定第一次本体孔挤压的优化过盈量。第4～6工艺组用于三种典型孔加工方法的对比研究。其中，第4工艺组是过盈配合试样，编号为D-1，D-2，D-3，D-4，D-5，孔壁经铰削加工后，直接与衬套进行装配;第5工艺组是“过盈配合+衬套挤压”试样，编号为E-1，E-2，E-3，E-4，E-5，孔壁经铰削加工后，直接与衬套进行装配，再用芯棒对衬套进行挤压强化;第6工艺组即二次孔挤压工艺，采用“本体孔挤压+衬套挤压”的方式，试样编号为F-1，F-2，F-3，F-4，F-5，先对铰削加工好的孔进行本体孔挤压强化，然后将衬套安装在孔内，再用芯棒对衬套进行挤压强化。采用FT-200型孔挤压试验机进行孔挤压。轴向加载疲劳实验在MTS311-1000kN疲劳试验机上进行，参数如下:温度T为20℃，应力比Ｒ为0．1，载荷频率f为5Hz，外加最大载荷σmax为220MPa。采用APPLLO300型扫描电镜(SEM)观察疲劳试样断口形貌，分析挤压对孔结构疲劳性能的影响。采用TＲ200型触针式粗糙度仪测量孔壁的粗糙度大小，

曲线,不同距离,试样,孔挤压

leMeanvalue，Nm/cycleInterferencefit0．3%D-1D-2D-3D-4D-5220220220220220139001430019000220001560016960Interferencefit+sleeveexpansion0．3%+mediumE-1E-2E-3E-4E-5220220220220220574008970056700622007380067960Directmandrelexpansion+sleeveexpansionMedium+mediumF-1F-2F-3F-4F-52202202202202201590002900000166000142000247000011674002．3孔边残余应力场孔挤压试样的孔边残余应力测量结果如图2所示。实验中所用X射线光斑为鐖2mm的圆斑，因此，所测残余应力值是该光斑内材料的宏观残余应力值。图2中孔边距离(横轴方向)为X射线光斑圆心到孔边的最小径向距离。由图2可知，过盈配合工艺4试样的孔边残余应力为拉应力，应力值约为100～200MPa;而“过盈配合+衬套挤压”工艺5试样的孔边在0～2mm范围内处于压应力状态，这表明，衬套挤压可在孔边产生约2mm深度的残余压应力层。另外，本体孔挤压工艺2试样的孔边在0～4mm范围内处于压应力状态，这说明，本体孔挤压可在孔边产生约4mm深度的残余压应力层。对于“本体孔挤压+衬套挤压”工艺6试样，，孔边残余压应力层可达约5mm的深度。以上数据表明，二次孔挤压后，TB6钛合金试样耳片孔边形成了深度约5mm的残余压应力层。图2不同工艺试样离孔边不同距离处的残余应力变化曲线Fig．2Variationofresidualstresswithdistancesfromholewallafterdifferenttreatedmethods90

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