喷丸强度和表面覆盖率对TC4钛合金室温疲劳性能的影响

发布时间：2021-01-07 15:45

　　采用多种喷丸强度和表面覆盖率对TC4钛合金进行喷丸。对比了表面粗糙度、残余应力场和表面形貌,并分析了室温旋弯疲劳性能。结果表明,表面粗糙度、残余压应力深度和最大残余应力位置随强度增大而增大,表面残余应力数值随喷丸强度增大而减小。覆盖率较大时,表面出现金属折叠形貌。喷丸强化提高了旋弯疲劳性能。相比于磨削状态的中值疲劳估计量5.06×10⁴周次,0.12 mmA强度喷丸后提高到5.12×10⁶～5.28×10⁶周次,而0.25 mmA强度喷丸后为3.28×10⁶～4.23×10⁶周次,疲劳寿命随强度增大而下降。覆盖率增大对于低强度（0.12 mmA）喷丸疲劳寿命无明显影响,而强度较高（0.25 mmA）时,当表面覆盖率由125%提高到600%时,疲劳寿命由4.23×10⁶周次下降到3.28×10⁶周次。在考虑外载表面应力集中和喷丸残余应力的前提下,计算了喷丸后实际应力较大的危险截面位置,并采用断口分析进行验证。 

【文章来源】：材料工程. 2020,48(09)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

光滑旋转弯曲疲劳试样

喷丸TC4钛合金试样表面残余应力场分布如图2所示。按文献[10]的方法,将残余应力场特征量列入表3。由表3可知:喷丸后引入了倒钩型的残余应力场;喷丸强度相对较小时,表面残余应力数值反而大,覆盖率对表面残余应力数值影响不明显;最大残余应力数值不受喷丸强度和表面覆盖率影响;随着喷丸强度和表面覆盖率增大,残余应力场深度增大,与表面平均粗糙度一样,相比表面覆盖率,喷丸强度对深度增大影响更大;最大残余应力深度随喷丸强度增大而增大,不受表面覆盖率影响。表3 喷丸TC4钛合金残余应力场特征量Table 3 Residual stress profile feature of shot-peened TC4 titanium alloy Process Surface residual stress/MPa Maximum residual stress/MPa Depth ofresidual stress profile/μm Depth ofmaximum residual stress/μm SPLL -852 -934 130 20 SPLH -846 -943 142 20 SPHL -770 -952 234 40 SPHH -754 -940 253 40

4种工艺状态的表面形貌如图3所示。喷丸强化后,钛合金表面存在密集弹坑分布,观察不到机械加工带来的平行刀痕。当喷丸强度和表面覆盖率均较小时,弹坑形状清晰,未见折叠形貌;随着喷丸强度增大,弹坑深度增大,逐渐能够观察到折叠痕迹,但并不是每一个弹坑均有折叠痕迹;随着覆盖率增大,弹坑形状逐渐不清晰,折叠痕迹变得明显,观察到的每一个弹坑都有折叠痕迹;SPHH组的强度和覆盖率均较大时,能够观察到明显的折叠痕迹,且每个弹坑均有折叠痕迹。2.2 疲劳性能

【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸强化对TB6钛合金疲劳性能和表面完整性的影响[J]. 罗学昆,艾莹珺,王欣,王强,宋颖刚,汤智慧.  钛工业进展. 2017(04)
[2]激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响[J]. 罗学昆,王强,汤智慧,宋颖刚,王欣.  钛工业进展. 2016(02)
[3]喷丸强度对不同粗糙度表面超高强度钢疲劳性能的影响[J]. 吴凌飞,王强,张志刚,龙旭.  材料保护. 2014(08)
[4]陶瓷弹丸喷丸强化对DD6单晶高温合金表面完整性的影响[J]. 王欣,尤宏德,李嘉荣,赵金乾,汤智慧,陆峰.  材料工程. 2014(04)
[5]喷丸对钛合金TC4磨削加工表面完整性的影响[J]. 王欣,李臻熙,陆峰,裴传虎,杨清,宋颖刚.  材料热处理学报. 2012(S1)
[6]残余应力测定的基本知识——第五讲 金属材料与零件的表面完整性与疲劳断裂抗力间的关系[J]. 王仁智.  理化检验(物理分册). 2007(10)



本文编号：2962821