激光冲击波诱导TC4钛合金表面梯度结构及抗疲劳性能研究
发布时间：2021-05-21 17:41
据统计,有多于一半的疲劳破坏是在应力集中处发生的,且不同零件在不同工况下的应力分布也不同,因此针对特定应力分布,在材料表面诱导结构与功能一体化的梯度结构,提升零部件的疲劳性能刻不容缓。本文基于激光冲击强化技术,采用不同冲击面积多层叠加的方式,在TC4双相钛合金表面诱导梯度结构。通过X射线应力测定仪,显微硬度测试仪,MTS 370万能试验机,扫描电子显微镜（SEM）,透射电子显微镜（TEM）以及电子背散射衍射（EBSD）等对TC4钛合金的某些力学性能及微观组织进行了测试、观察与分析,最终研究发现利用不同面积多层叠加的方式进行梯度式冲击,在表面诱导梯度结构之后,能够经济有效地提升材料的抗疲劳性能,更好地发挥材料的综合性能优势。本文主要研究内容和结论如下:（1）研究了TC4钛合金在不同层数冲击下的显微组织演变规律和α相织构演变规律,并总结得出,利用不同冲击面积多层叠加的方式对材料表面进行激光冲击强化处理,可以在材料表面诱导关于晶粒大小的梯度结构:在晶粒细化过程中,当TC4钛合金表面受到一层冲击时,β相内部出现位错和位错缠结,而α相无明显变化;当TC4钛合金表面处受到二层冲击时,α相内部开始出...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 钛合金
1.2.1 钛
1.2.2 钛合金
1.2.3 TC4双相钛合金
1.3 梯度结构
1.3.1 自然界的梯度结构
1.3.2 人工诱导的梯度结构
1.4 激光冲击强化技术
1.4.1 激光冲击波的形成与作用机理
1.4.2 激光冲击强化国的内外发展现状
1.5 激光冲击波诱导表面梯度结构的可行性论证及实现方法
1.6 本课题研究目的与内容
第二章 试验材料和试验方法
2.1 试验材料及试样制备
2.1.1 试验材料
2.1.2 试样制备
2.2 试验方法
2.2.1 激光冲击强化试验
2.2.2 TEM微观组织观察
2.2.3 EBSD观察试验
2.2.4 残余应力测试试验
2.2.5 硬度试验
2.2.6 疲劳试验
2.3 激光冲击波诱导梯度结构的工艺方法及分布
第三章 激光冲击波对钛合金微观性能的影响及其诱导的梯度结构分析
3.1 激光冲击波对钛合金微观组织的影响
3.1.1 不同层数激光冲击强化处理后试样的TEM结果分析
3.1.2 微观机理分析
3.2 激光冲击波对钛合金表面晶粒大小及织构的影响
3.2.1 不同层数激光冲击强化处理后试样的EBSD欧拉图观察结果分析
3.2.2 不同层数激光冲击强化处理后试样的EBSD极图观察结果分析
3.3 激光冲击波诱导的关于表面晶粒大小的梯度结构
3.4 本章小结
第四章 激光冲击波对钛合金力学性能的影响及其诱导的梯度结构分析
4.1 激光冲击波对钛合金残余应力的影响及其诱导的应力梯度结构
4.2 激光冲击波对钛合金显微硬度的影响及其诱导的显微硬度梯度结构
4.3 本章小结
第五章 激光冲击波诱导的梯度结构对钛合金抗疲劳性能的影响
5.1 未冲击TC4双相钛合金的抗疲劳性能
5.1.1 未冲击TC4双相钛合金的S-N曲线
5.1.2 未冲击TC4双相钛合金的疲劳断口分析
5.1.3 未冲击TC4双相钛合金的能谱分析
5.2 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化之后的抗疲劳性能
5.2.1 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.2.2 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.2.3 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化处理之后的能谱分析
5.3 TC4双相钛合金在经过三层激光冲击强化之后的抗疲劳性能
5.3.1 TC4双相钛合金在经过三层激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.3.2 TC4双相钛合金在经过三层激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.4 TC4双相钛合金在经过小梯度激光冲击强化之后的抗疲劳性能
5.4.1 TC4双相钛合金在经过小梯度激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.4.2 TC4双相钛合金在经过小梯度激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.5 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的抗疲劳性能
5.5.1 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.5.2 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.5.3 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的能谱分析
5.6 不同冲击方式下的疲劳试样宏观断口位置分析
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文与科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gradient Structured Copper by Rotationally Accelerated Shot Peening[J]. X.Wang,Y.S.Li,Q.Zhang,Y.H.Zhao,Y.T.Zhu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[2]湿喷丸处理Ti-6Al-4V合金强化层的力学性能（英文）[J]. 李康,付雪松,陈国清,周文龙,李志强. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(11)
[3]梯度结构金属材料研究进展[J]. 李毅. 中国材料进展. 2016(09)
[4]Impact toughness of a gradient hardened layer of Cr5Mo1V steel treated by laser shock peening[J]. Weiguang Xia,Lei Li,Yanpeng Wei,Aimin Zhao,Yacong Guo,Chenguang Huang,Hongxiang Yin,Lingchen Zhang. Acta Mechanica Sinica. 2016(02)
[5]不同温度对TC4-DT钛合金摩擦磨损性能的影响[J]. 陆海峰,缪强,梁文萍,任蓓蕾,王昉. 南京航空航天大学学报. 2016(01)
[6]金属材料中梯度结构的研究进展[J]. 张淇萱,杨新诚,李才巨. 热加工工艺. 2016(02)
[7]表面激光冲击强化对钛合金超高周弯曲疲劳性能的影响[J]. 冯璐璐,李全通,尹志朋,高星伟. 机械工程材料. 2015(08)
[8]残余应力场和不同应力比下TC11钛合金的高周疲劳性能[J]. 钟丽琼,严振,梁益龙,姜云,徐军,易艳良. 稀有金属材料与工程. 2015(05)
[9]激光冲击次数对TA15微观组织和硬度的影响[J]. 朱颖,范博文,郭伟,康慧. 北京航空航天大学学报. 2014(04)
[10]Ti-6Al-4V激光冲击强化及其微结构响应分析[J]. 罗新民,赵广志,张永康,陈康敏,罗开玉,任旭东. 金属学报. 2012(09)
硕士论文
[1]激光冲击钛合金改善疲劳寿命的模拟与实验研究[D]. 桑毅.江苏大学 2009
本文编号：3200113
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 钛合金
1.2.1 钛
1.2.2 钛合金
1.2.3 TC4双相钛合金
1.3 梯度结构
1.3.1 自然界的梯度结构
1.3.2 人工诱导的梯度结构
1.4 激光冲击强化技术
1.4.1 激光冲击波的形成与作用机理
1.4.2 激光冲击强化国的内外发展现状
1.5 激光冲击波诱导表面梯度结构的可行性论证及实现方法
1.6 本课题研究目的与内容
第二章 试验材料和试验方法
2.1 试验材料及试样制备
2.1.1 试验材料
2.1.2 试样制备
2.2 试验方法
2.2.1 激光冲击强化试验
2.2.2 TEM微观组织观察
2.2.3 EBSD观察试验
2.2.4 残余应力测试试验
2.2.5 硬度试验
2.2.6 疲劳试验
2.3 激光冲击波诱导梯度结构的工艺方法及分布
第三章 激光冲击波对钛合金微观性能的影响及其诱导的梯度结构分析
3.1 激光冲击波对钛合金微观组织的影响
3.1.1 不同层数激光冲击强化处理后试样的TEM结果分析
3.1.2 微观机理分析
3.2 激光冲击波对钛合金表面晶粒大小及织构的影响
3.2.1 不同层数激光冲击强化处理后试样的EBSD欧拉图观察结果分析
3.2.2 不同层数激光冲击强化处理后试样的EBSD极图观察结果分析
3.3 激光冲击波诱导的关于表面晶粒大小的梯度结构
3.4 本章小结
第四章 激光冲击波对钛合金力学性能的影响及其诱导的梯度结构分析
4.1 激光冲击波对钛合金残余应力的影响及其诱导的应力梯度结构
4.2 激光冲击波对钛合金显微硬度的影响及其诱导的显微硬度梯度结构
4.3 本章小结
第五章 激光冲击波诱导的梯度结构对钛合金抗疲劳性能的影响
5.1 未冲击TC4双相钛合金的抗疲劳性能
5.1.1 未冲击TC4双相钛合金的S-N曲线
5.1.2 未冲击TC4双相钛合金的疲劳断口分析
5.1.3 未冲击TC4双相钛合金的能谱分析
5.2 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化之后的抗疲劳性能
5.2.1 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.2.2 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.2.3 TC4双相钛合金在经过一层激光冲击强化处理之后的能谱分析
5.3 TC4双相钛合金在经过三层激光冲击强化之后的抗疲劳性能
5.3.1 TC4双相钛合金在经过三层激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.3.2 TC4双相钛合金在经过三层激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.4 TC4双相钛合金在经过小梯度激光冲击强化之后的抗疲劳性能
5.4.1 TC4双相钛合金在经过小梯度激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.4.2 TC4双相钛合金在经过小梯度激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.5 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的抗疲劳性能
5.5.1 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的S-N曲线
5.5.2 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的疲劳断口分析
5.5.3 TC4双相钛合金在经过大梯度激光冲击强化处理之后的能谱分析
5.6 不同冲击方式下的疲劳试样宏观断口位置分析
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文与科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gradient Structured Copper by Rotationally Accelerated Shot Peening[J]. X.Wang,Y.S.Li,Q.Zhang,Y.H.Zhao,Y.T.Zhu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[2]湿喷丸处理Ti-6Al-4V合金强化层的力学性能（英文）[J]. 李康,付雪松,陈国清,周文龙,李志强. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(11)
[3]梯度结构金属材料研究进展[J]. 李毅. 中国材料进展. 2016(09)
[4]Impact toughness of a gradient hardened layer of Cr5Mo1V steel treated by laser shock peening[J]. Weiguang Xia,Lei Li,Yanpeng Wei,Aimin Zhao,Yacong Guo,Chenguang Huang,Hongxiang Yin,Lingchen Zhang. Acta Mechanica Sinica. 2016(02)
[5]不同温度对TC4-DT钛合金摩擦磨损性能的影响[J]. 陆海峰,缪强,梁文萍,任蓓蕾,王昉. 南京航空航天大学学报. 2016(01)
[6]金属材料中梯度结构的研究进展[J]. 张淇萱,杨新诚,李才巨. 热加工工艺. 2016(02)
[7]表面激光冲击强化对钛合金超高周弯曲疲劳性能的影响[J]. 冯璐璐,李全通,尹志朋,高星伟. 机械工程材料. 2015(08)
[8]残余应力场和不同应力比下TC11钛合金的高周疲劳性能[J]. 钟丽琼,严振,梁益龙,姜云,徐军,易艳良. 稀有金属材料与工程. 2015(05)
[9]激光冲击次数对TA15微观组织和硬度的影响[J]. 朱颖,范博文,郭伟,康慧. 北京航空航天大学学报. 2014(04)
[10]Ti-6Al-4V激光冲击强化及其微结构响应分析[J]. 罗新民,赵广志,张永康,陈康敏,罗开玉,任旭东. 金属学报. 2012(09)
硕士论文
[1]激光冲击钛合金改善疲劳寿命的模拟与实验研究[D]. 桑毅.江苏大学 2009
本文编号：3200113
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