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喷丸对TC4和半TC4钛板疲劳性能的影响

来源:钛棒,钛板,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2016-5-23 10:34:52
TC4和半TC4均属于Ti-Al-V系α+β型钛合金,在室温平衡状态下由α相和少量β相组成。该合金具有较高强度、良好的成型性能和焊接性能,通常用钛板冲压加工成薄壁型零件,并经过焊接制成飞机蒙皮及前进气罩帽等构件,已在航空航天工业中得到广泛应用。然而,关于TC4和半TC4钛合金的疲劳行为特别是高温疲劳性能方面的研究则鲜见报道。基于此,本文主要研究了TC4和半TC4钛合金板在不同实验温度下的高周疲劳性能,总结了实验温度对不同轧制方向的TC4和半TC4钛板高周疲劳性能的影响规律,并对两种钛合金在不同温度下的高周疲劳性能进行了比较,以期为两种钛合金板在航空工业中的可靠应用以及在相关结构件的抗疲劳设计提供必要的依据。
 
实验所用材料为TC4和半TC4钛板,其厚度为5mm。将TC4钛板分别沿着平行于轧制方向(LD方向)和垂直于轧制方向(TD方向)加工成标距长度15mm、宽度7mm、厚度5mm的疲劳试样。为去除机械加工划痕,确保试样标距及过渡弧部分的光洁度,采用不同粒度的砂纸对试样标距及过渡弧部分进行磨光。所有疲劳试验均在最大加载能力为±50kN的PLD-50型电液伺服疲劳试验机上进行。采用轴向拉-拉应力控制模式,应力比R=0.1。实验环境为实验室静态空气介质,实验温度分别为25(室温)、200和300℃。所采用的波形均为三角波,采用的循环频率为10Hz。各个实验均进行至试样断裂时为止,且以断裂时所对应的循环周次作为相应实验条件下的疲劳寿命。
 
研究人员采用钢丸和陶瓷丸在不同的喷丸工艺参数下对TC4钛板进行喷丸处理,研究了不同喷丸工艺参数对其表面形貌、表面塑性变形程度、残余压应力场和疲劳寿命的影响。结果表明:
1.当两种弹丸喷丸强化后,TC4钛板的疲劳寿命分别可提高10倍和20倍以上。
2.与铸钢弹丸相比,陶瓷弹丸喷丸强化后TC4钛板表面的起伏程度变化不大,但同样能有效地覆盖加工刀痕;
3.随着喷丸压力增大和喷丸时间延长,试样表面的累积塑性变形量先快速增大后趋于饱和;铸钢喷丸的密度大、冲击力大,故其在试样表面产生的累积塑性变形量大于陶瓷弹丸;
4.当喷丸压力达到0.25MPa、铸钢弹丸喷丸时间大于40s或陶瓷弹丸喷丸时间大于80s时,最大残余压应力可达到610MPa,残余压应力场深度超过250um;
5.当喷丸压力低于0.15MPa或陶瓷弹丸喷丸时间小于40s时,残余压应力随深度的增大逐渐降低,最大残余压应力出现在表层;增大喷丸压力或延长喷丸时间后,残余压应力值随深度的增大呈先增加后减小的变化规律,最大残余压应力值出现在材料表层以下的次表层。
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