湿法喷丸TC4钛合金的疲劳行为及强化机理

发布时间：2021-03-25 03:25

　　TC4合金目前被广泛应用在航空航天,国防工业等高尖端领域以及医疗、建筑、汽车和机械等新领域。其疲劳性能是承载结构件的设计及安全服役的重要性能指标。喷丸强化是改善结构件疲劳性能的一种有效技术手段,它通过弹丸撞击改变材料表面完整性。本文以湿法喷丸处理TC4合金为背景,尝试定量评价喷丸表面完整性参量对疲劳性能影响,研究疲劳裂纹源位置、表面完整性和外加载荷的内在关系,阐述裂纹源位置变化原因,分析疲劳过程中残余应力稳定性及对疲劳性能影响。主要研究结果为:喷丸钛合金的疲劳裂纹源位置与表面完整性参数和外加载荷密切相关。低载时疲劳裂纹源出现在材料次表层。当外载为550 MPa时,裂纹源位置距表面200μm。随着载荷增加,裂纹源逐渐向表面转移。通过表面完整性参量和疲劳强度关系预测裂纹源位置,结果表明载荷的增加会导致喷丸处理TC4合金裂纹源从次表层转移至表面薄弱区域。关于表面完整性参量中的粗糙度,喷丸处理TC4合金因弹丸撞击发生粗糙化,形成微尺度的凹凸起伏轮廓并诱发应力集中效应。喷丸强度0.4mmN、覆盖率200%时,表面粗糙化缺口效应的应力集中系数Kt为1.42,应力层深度达50μm。当外加载荷为550... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 钛合金概述
        1.1.1 钛合金的分类及特点
        1.1.2 TC4 钛合金的特点
        1.1.3 钛合金的发展
    1.2 钛合金及其疲劳损伤
        1.2.1 疲劳破坏特点
        1.2.2 疲劳破坏机理
        1.2.3 疲劳裂纹扩展
    1.3 喷丸强化技术
        1.3.1 喷丸技术发展
        1.3.2 喷丸强化机理
        1.3.3 喷丸强化工艺
        1.3.4 再次喷丸工艺
    1.4 选题意义及研究内容
        1.4.1 选题意义
        1.4.2 研究内容
2 实验材料与实验方法
    2.1 实验材料
    2.2 技术路线
    2.3 湿喷丸强化处理
    2.4 微观形貌分析
        2.4.1 金相组织
        2.4.2 扫描电镜
        2.4.3 物相分析
        2.4.4 表面三维形貌及粗糙度
    2.5 力学性能测试
        2.5.1 残余应力测试
        2.5.2 表面硬度测量
    2.6 疲劳性能测试
3 喷丸强化表面完整性和裂纹源位置预测模型
    3.1 表面完整性分析
        3.1.1 表面形貌分析
        3.1.2 XRD物相分析
        3.1.3 力学性能分析
        3.1.4 弹坑应力集中分析
    3.2 有限元分析
        3.2.1 有限元模拟计算
        3.2.2 模拟结果分析
    3.3 疲劳裂纹源位置预测
        3.3.1 强化层疲劳极限
        3.3.2 残余应力松弛影响
        3.3.3 裂纹源位置预测
    3.4 疲劳实验验证及分析
        3.4.1 疲劳实验
        3.4.2 结果分析
    3.5 本章小结
4 残余应力松弛及再次喷丸处理工艺
    4.1 残余应力松弛规律
        4.1.1 应力松弛
        4.1.2 结果分析
    4.2 再次喷丸处理
        4.2.1 预疲劳处理
        4.2.2 表面形貌分析
        4.2.3 残余应力场分析
        4.2.4 再次喷丸寿命分析
        4.2.5 断口形貌分析
    4.3 本章小结
5 喷丸强化工艺对钛合金疲劳性能的影响
    5.1 表面完整性分析
        5.1.1 金相组织分析
        5.1.2 XRD物相分析
        5.1.3 表面粗糙度分析
    5.2 载荷大小对疲劳性能的影响
        5.2.1 疲劳寿命
        5.2.2 疲劳断口形貌
    5.3 喷丸强度对疲劳性能的影响
        5.3.1 疲劳寿命
        5.3.2 疲劳断口形貌
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3098930