激光冲击强化TC4薄板及其抗外物损伤性能研究

发布时间：2017-12-25 13:00

本文关键词：激光冲击强化TC4薄板及其抗外物损伤性能研究　出处：《江苏大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：航空发动机压气机叶片在飞机起飞与降落阶段易发生外物损伤(Foreign Object Damage,FOD),致使其叶片前缘受损,产生裂纹,从而严重削弱压气机叶片高周疲劳性能。激光冲击强化作为一项先进的表面强化技术被广泛应用于叶片的抗疲劳制造,其引入的残余压应力可以有效缓解外物损伤造成的应力集中,且能在材料表面形成硬化层和晶粒细化组织,从而有效抑制疲劳裂纹扩展,延长外物损伤后叶片材料的疲劳寿命。本文以压气机叶片常用材料TC4钛合金作为研究与分析对象,采用试验与模拟相结合的方法,基于薄板试样的激光冲击强化机理探讨激光冲击强化对外物损伤后薄板试样疲劳性能的影响规律,主要研究内容与结论如下:(1)研究了不同激光冲击次数和冲击方式对材料表面粗糙度、显微硬度和残余应力分布的影响。相比于传统表面强化技术,激光冲击强化对材料表面粗糙度影响较小;表面显微硬度随激光冲击的增加而增加,冲击3次后,表面显微硬度达到最大值并饱和;冲击方式对材料内部残余应力分布有着较大的影响,单面激光冲击后,残余压应力影响层深度最高可达1000μm,双面间隔冲击形成的残余应力分布具有明显的不对称性,先强化表面的残余压应力值要低于后强化表面的残余压应力值。(2)研究了激光冲击对TC4钛合金微观组织的影响,并建立了微观组织变化与宏观力学性能变化之间的联系。结果表明,激光冲击后,晶粒细化机制以位错滑移与孪晶分割细化机制为主,多次激光冲击后,材料表层有纳米晶组织产生;微观组织沿截面的梯度变化决定了材料沿截面方向宏观力学性能的变化。(3)对典型的外物损伤形貌特征进行了表征,并测试了激光冲击强化前后试样的高周疲劳性能。研究结果表明,典型的损伤形貌特征包括塑性变形、剪切撕裂、材料丢失、微小缺口以及微裂纹等;缺口对试样高周疲劳性能影响明显,单次激光冲击后,试样的高周疲劳强度提升达20.5%。(4)利用ABAQUS软件模拟了激光冲击过程与外物损伤过程,表明JohnsonCook(J-C)模型能较准确适用于超高应变率变形条件下的动态过程模拟;激光双面同时冲击形成的残余应力场分布相比于双面间隔冲击具有更好的对称性,呈“M”型分布,试样中平面区域为残余压应力;损伤缺口底部及上表面形成了较高幅值的残余拉应力;强化后试样缺口附近的残余应力出现了应力重分布,激光冲击诱导产生的残余压应力能够有效平衡外物损伤形成的拉应力值,改善了损伤试样疲劳性能。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG665

【参考文献】