TC17钛合金叶片激光冲击强化工艺及性能研究

发布时间：2025-04-15 00:33

　　本论文以航空发动机TC17钛合金叶片为研究对象,利用先进的激光冲击强化进行表面改性,通过研究激光参数对性能的影响,寻找最优工艺参数,形成优化的工艺方法,为激光冲击强化在TC17钛合金叶片应用奠定基础。本论文首先借助ABAQUS有限元仿真技术,研究相同工艺参数下,不同脉宽和不同材料厚度对激光冲击波传播速度、残余应力分布的影响。并与实验测试结果对比验证,完成对工艺参数的选取和预测。本论文对航空发动机叶片材料TC17钛合金进行系统的激光冲击强化参数研究,研究了不同激光参数对其显微硬度、表面与深度方向残余应力、疲劳寿命、表面粗糙度以及变形量等性能指标的影响,探索最佳工艺参数,优化工艺窗口,获得多元参数下的叶片激光冲击强化延寿方法。使用优选参数进行了实际应力测试和性能实验,研究结果表明:在应力水平为480MPa、循环次数为2?10～7的条件下,激光冲击强化后的模拟件全部通过测试,循环次数比未强化模拟件提高了一个数量级;强化后的表面粗糙度与基体相当;变形量满足设计技术指标要求;为激光冲击强化技术在TC17钛合金整体叶盘构件上的应用奠定了基础。由于激光冲击强化效果影响因素的复杂性,本论文系统分析了工艺...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外激光冲击强化技术发展现状
        1.2.1 激光冲击强化技术研究发展历程
        1.2.2 激光冲击强化技术的应用现状
        1.2.3 国内激光冲击强化技术存在的主要差距
    1.3 本论文的主要研究内容
第2章 实验材料、设备及方法
    2.1 引言
    2.2 实验材料及试样制备
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验方案
    2.3 实验设备及技术参数
    2.4 实验测试设备
        2.4.1 高精度粗糙度测量仪
        2.4.2 三坐标测量设备
        2.4.3 残余应力测量设备
        2.4.4 应力剥层实验机
        2.4.5 扫描电镜
        2.4.6 振动疲劳实验台
    2.5 本章小结
第3章 激光冲击强化叶片数值模拟研究
    3.1 引言
    3.2 有限元仿真方法
        3.2.1 仿真过程
        3.2.2 TC17 钛合金的本构模型
        3.2.3 冲击波压力模型和有限元模型的建立
        3.2.4 激光冲击波的时空分布
        3.2.5 残余应力的表征
    3.3 冲击波在材料中衰减规律
        3.3.1 不同脉宽冲击波在钛合金中传播速度分析
        3.3.2 冲击波在不同厚度钛合金中传播速度分析
    3.4 残余应力场分析
        3.4.1 脉宽与残余应力之间关系的测试
        3.4.2 有限元仿真不同脉宽残余应力分析及验证
        3.4.3 有限元仿真不同厚度试样残余应力分析
        3.4.4 厚度在1-2mm之间的薄板残余应力分析
    3.5 冲击路径对强化效果的影响
        3.5.1 对实际叶片的数值模拟
        3.5.2 冲击路径对变形量的影响
        3.5.3 冲击路径对残余应力场的影响
    3.6 本章小结
第4章 TC17 钛合金叶片激光冲击强化实验研究
    4.1 引言
    4.2 影响残余应力与性能的工艺参数分析
        4.2.1 激光能量密度
        4.2.2 吸收层
        4.2.3 约束层
        4.2.4 光斑形状
        4.2.5 光斑搭接率
    4.3 工艺参数的确定
        4.3.1激光能量与搭接率正交实验
        4.3.2 应力剥层实验测试残余压应力深度
        4.3.3 表面粗糙度对比测试
        4.3.4 变形分析与控制
        4.3.5高周疲劳寿命对比实验
        4.3.6断口分析实验
        4.3.7 激光冲击强化后组织分析
    4.4 风扇整体叶盘叶身加工实验
        4.4.1 路径规划
        4.4.2 实验验证
    4.5 本章小结
第5章 激光冲击强化稳定性评价方法
    5.1 引言
    5.2 稳定性的评价方法
        5.2.1 测量激光能量
        5.2.2 表面残余压应力检测法
        5.2.3 振动疲劳寿命
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：4039792