激光噴丸強化Ti-6Al-4V航空鈦合金疲勞裂紋擴展性能研究.pdf

1、激光噴丸強化技術(shù)(Laser Peening，LP)是一種新型的材料表面強化技術(shù)，其利用高功率短脈沖激光束與材料表面相互作用產(chǎn)生的高幅值沖擊波壓力使材料表面發(fā)生塑性變形、晶粒細(xì)化、高密度位錯，并在材料表面產(chǎn)生比傳統(tǒng)機械噴丸更深的殘余壓應(yīng)力層來提高材料的抗疲勞特性，能有效改善工程關(guān)鍵零部件的疲勞性能，降低其疲勞裂紋擴展速率，在航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
　　 本文以線彈性斷裂力學(xué)及彈塑性斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)，以Ti-6Al-4V航

2、空鈦合金為研究對象，開展激光噴丸強化航空鈦合金薄板件后的殘余應(yīng)力分布及疲勞裂紋擴展性能研究，主要工作集中在以下幾點:
　　 基于線彈性及彈塑性斷裂力學(xué)理論，分析了不同控制參量下激光噴丸誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場及其對疲勞裂紋擴展速率和疲勞壽命的影響，從理論上探討了疲勞裂紋擴展行為的斷裂力學(xué)描述及微觀機理;從疲勞極限、裂紋擴展門檻值、應(yīng)力強度因子、疲勞裂紋擴展速率四個方面研究了激光噴丸強化對鈦合金疲勞性能的改善機理。
　　 利用高功率

3、Nd∶YAG固體激光噴丸裝置，對Ti-6Al-4V航空鈦合金緊湊拉伸試樣(Compact Tension，CT)進行了不同噴丸覆蓋率及不同功率密度下激光噴丸強化實驗，對試樣裂紋擴展沿線、垂直于裂紋擴展方向及試樣厚度方向進行了X射線衍射殘余應(yīng)力測定。利用MTS-809拉伸測試系統(tǒng)進行疲勞裂紋擴展實驗，研究了激光噴丸后Ti-6Al-4V航空鈦合金試樣疲勞裂紋擴展速率及疲勞壽命。
　　 采用掃描電子顯微鏡(Scanning Elect

4、ron Microscope，SEM)分析了CT試樣疲勞斷口形貌，對比了激光噴丸強化前后疲勞試樣斷口上裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)、最終斷裂區(qū)形貌變化，研究了激光噴丸前后裂紋源區(qū)位置分布、疲勞裂紋穩(wěn)定擴展區(qū)的疲勞條帶以及最終斷裂區(qū)韌窩形貌，從微觀機理上闡述了激光噴丸降低鈦合金疲勞裂紋擴展速率的機理，驗證了激光噴丸強化有效提高鈦合金疲勞性能的有效性。
　　 以有限元分析軟件ABAQUS及MSC.Fatigue為平臺，建立了激光噴丸強化