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噴丸對TC4和半TC4鈦板疲勞性能的影響

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2016-5-23 10:34:52
TC4和半TC4均屬于Ti-Al-V系α+β型鈦合金,在室溫平衡狀態下由α相和少量β相組成。該合金具有較高強度、良好的成型性能和焊接性能,通常用鈦板沖壓加工成薄壁型零件,并經過焊接制成飛機蒙皮及前進氣罩帽等構件,已在航空航天工業中得到廣泛應用。然而,關于TC4和半TC4鈦合金的疲勞行為特別是高溫疲勞性能方面的研究則鮮見報道。基于此,本文主要研究了TC4和半TC4鈦合金板在不同實驗溫度下的高周疲勞性能,總結了實驗溫度對不同軋制方向的TC4和半TC4鈦板高周疲勞性能的影響規律,并對兩種鈦合金在不同溫度下的高周疲勞性能進行了比較,以期為兩種鈦合金板在航空工業中的可靠應用以及在相關結構件的抗疲勞設計提供必要的依據。
 
實驗所用材料為TC4和半TC4鈦板,其厚度為5mm。將TC4鈦板分別沿著平行于軋制方向(LD方向)和垂直于軋制方向(TD方向)加工成標距長度15mm、寬度7mm、厚度5mm的疲勞試樣。為去除機械加工劃痕,確保試樣標距及過渡弧部分的光潔度,采用不同粒度的砂紙對試樣標距及過渡弧部分進行磨光。所有疲勞試驗均在最大加載能力為±50kN的PLD-50型電液伺服疲勞試驗機上進行。采用軸向拉-拉應力控制模式,應力比R=0.1。實驗環境為實驗室靜態空氣介質,實驗溫度分別為25(室溫)、200和300℃。所采用的波形均為三角波,采用的循環頻率為10Hz。各個實驗均進行至試樣斷裂時為止,且以斷裂時所對應的循環周次作為相應實驗條件下的疲勞壽命。
 
研究人員采用鋼丸和陶瓷丸在不同的噴丸工藝參數下對TC4鈦板進行噴丸處理,研究了不同噴丸工藝參數對其表面形貌、表面塑性變形程度、殘余壓應力場和疲勞壽命的影響。結果表明:
1.當兩種彈丸噴丸強化后,TC4鈦板的疲勞壽命分別可提高10倍和20倍以上。
2.與鑄鋼彈丸相比,陶瓷彈丸噴丸強化后TC4鈦板表面的起伏程度變化不大,但同樣能有效地覆蓋加工刀痕;
3.隨著噴丸壓力增大和噴丸時間延長,試樣表面的累積塑性變形量先快速增大后趨于飽和;鑄鋼噴丸的密度大、沖擊力大,故其在試樣表面產生的累積塑性變形量大于陶瓷彈丸;
4.當噴丸壓力達到0.25MPa、鑄鋼彈丸噴丸時間大于40s或陶瓷彈丸噴丸時間大于80s時,最大殘余壓應力可達到610MPa,殘余壓應力場深度超過250um;
5.當噴丸壓力低于0.15MPa或陶瓷彈丸噴丸時間小于40s時,殘余壓應力隨深度的增大逐漸降低,最大殘余壓應力出現在表層;增大噴丸壓力或延長噴丸時間后,殘余壓應力值隨深度的增大呈先增加后減小的變化規律,最大殘余壓應力值出現在材料表層以下的次表層。
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