噴丸強(qiáng)化TC4 ELI鈦合金的殘余應(yīng)力深度敏感壓痕測試與有限元模擬研究.pdf

1、TC4鈦合金由于具有密度低、屈強(qiáng)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，大量服役中的工程裝備常常承受復(fù)雜的交變載荷作用，僅僅依靠材料本身的疲勞抗力有時(shí)難以滿足工程裝備的長服役壽命和高可靠性等技術(shù)要求。噴丸處理作為有效的表面強(qiáng)化處理方法，已被廣泛應(yīng)用于提高材料及其構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度和疲勞壽命。因此，為了促進(jìn)鈦合金在航空航天等領(lǐng)域中的更好應(yīng)用，系統(tǒng)研究噴丸處理后鈦合金材料表面強(qiáng)化層的殘余應(yīng)力場和力學(xué)性能分布規(guī)律，進(jìn)而研究噴丸

2、工藝參數(shù)與殘余應(yīng)力分布特征的相關(guān)性，并進(jìn)一步研究噴丸強(qiáng)化殘余應(yīng)力場的定量評(píng)估方法等，將具有重要的工程實(shí)際意義。
　　本文主要采用深度敏感壓痕測試和金相組織檢查，并結(jié)合有限元數(shù)值模擬方法，系統(tǒng)研究了TC4 ELI鈦合金光滑試樣和單邊缺口試樣噴丸強(qiáng)化層的殘余應(yīng)力分布和力學(xué)性能變化規(guī)律。
　　首先，采用深度敏感壓痕技術(shù)，結(jié)合M.Dao等人提出的逆向算法確定出噴丸強(qiáng)化層材料力學(xué)性能的變化特征。結(jié)果表明:噴丸撞擊引起的材料非均勻形變硬

3、化和延性耗散提高了噴丸強(qiáng)化層材料的剛度特性和變形抗力，但降低了強(qiáng)化層材料的塑性與韌性性質(zhì)。上述材料力學(xué)性能的變化規(guī)律與噴丸強(qiáng)度相關(guān)。
　　其次，應(yīng)用顯微分析術(shù)研究發(fā)現(xiàn):噴丸強(qiáng)化層內(nèi)材料產(chǎn)生了明顯的滑移帶，噴丸撞擊引起材料表面位錯(cuò)密度的提高導(dǎo)致了變形層的循環(huán)硬化，使噴丸強(qiáng)化層內(nèi)的顯微組織趨于等軸化且誘發(fā)了β相向α相的轉(zhuǎn)變。
　　同時(shí)，基于深度敏感壓痕測試，采用Suresh修正模型確定出不同噴丸強(qiáng)度下光滑與缺口試樣的殘余應(yīng)力分布

4、特征。結(jié)果表明:噴丸引入的殘余應(yīng)力場由表層的壓殘余應(yīng)力區(qū)向次表層的拉殘余應(yīng)力區(qū)過渡。噴丸強(qiáng)度的提高增大了壓殘余應(yīng)力區(qū)域，但對(duì)其最大壓殘余應(yīng)力的影響很小。噴丸強(qiáng)化殘余應(yīng)力場的分布規(guī)律與噴丸強(qiáng)度相關(guān)。基于本文提出的殘余應(yīng)力定量評(píng)估方法得到的結(jié)果與其深度敏感壓痕測試獲得的殘余應(yīng)力場兩者基本一致。
　　最后，論文還采用有限元數(shù)值模擬方法研究了噴丸強(qiáng)化光滑試樣的殘余應(yīng)力分布特征，并與深度敏感壓痕測試得到的殘余應(yīng)力場進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明:數(shù)值