TC1是一種 Ti.A1.M0.zr.si系馬氏體 a+B 型兩相鈦合金 ，在 500oC以下具有較高強(qiáng)度和 良 好的抗腐蝕能力，因此在航空航天領(lǐng)域得到了廣 泛應(yīng)用。通過噴丸強(qiáng)化引入有利的殘余應(yīng)力 分布是提高TC11抗疲勞性能和微動(dòng)疲勞抗力的 公認(rèn)方法。近年來 ，許多鈦合金材料在應(yīng)用 中均

采用了噴丸強(qiáng)化 工藝。高玉魁 _2研究 了噴丸對 TC4合金微觀組織結(jié)構(gòu)的影響。陳國清等人 采 用 陶 瓷 液 體 噴 丸 的 方 法 提 高 了 Ti-6AI-4V 的 疲 勞 強(qiáng)度 ，并有效 降低 了試樣 的表面粗糙 度。王欣等 人 采用陶瓷噴丸在 Ti60合金表面獲得較小的 表面粗糙度和較大 的殘余壓應(yīng)力 ，并使其疲勞性 能 提 高 了 4 倍 。

本 文 對 TC11三 點(diǎn) 彎 曲 疲 勞 試 樣 進(jìn) 行 液 體 噴 丸 ，研 究 不 同 噴 丸 工 藝 對 TC11 疲 勞 強(qiáng) 度 以 及 表 面殘余應(yīng)力的影響。

1 TC-11材料及試驗(yàn)方法

1.1 試 驗(yàn) 材 料

本 試 驗(yàn) 所 用 TC11的 化 學(xué) 成 分 為 :鋁 6.28% ，鉬 3.26%，鋯 1.60%，硅 0.02%。熱處理工藝選 用 960°C固溶 30rain后空冷，530°C固溶 6h后空 冷。其力學(xué)性能為:R舢 =1O11MPa，R =1105 MPa，A=15% ，Z=39% 。

1.2 噴丸試驗(yàn)

噴丸試驗(yàn)采用液體噴丸機(jī) ，噴丸丸粒為直徑1mm的鑄鋼丸。在對三點(diǎn)彎曲試樣噴丸之前 ，先 用 Almen試 樣 對 每 種 噴 丸 工 藝 的 飽 和 度 進(jìn) 行 測 定，當(dāng)在 與2T之間時(shí)，弧高的增加量不超過 10%即為飽和。飽和度曲線如圖 1所示。不同噴 丸參數(shù)下的飽和度時(shí)間 略有不同，在20min~ 40min之間。本試驗(yàn)通過設(shè)計(jì)不同噴丸壓力、噴 丸 角 度 、噴 丸 時(shí) 間 的 5 種 工 藝 方 案 ( 見 表 1 ) ，研 究不同噴丸工藝對TCI1高周疲勞性能的影響。

不同噴丸工藝對試樣表面形貌及粗糙度均有影響。圖2為不同壓力下噴丸試樣的表面形貌。未噴丸表面可以看到清晰的磨削痕跡。噴丸壓力為0.1 MPa時(shí),噴丸表面基本看不到磨削痕跡,表面均勻分布有細(xì)小點(diǎn)狀“小坑”。噴丸壓力為0.3MPa時(shí),表面噴丸痕跡更加明顯，肉眼已看不到磨削痕跡。當(dāng)噴丸壓力達(dá)到0.4 MPa時(shí)，噴丸形成的“小坑”更深，表面粗糙度明顯增加。

1.3 三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)

疲勞試樣形狀為長條板狀，在試樣表面進(jìn)行噴丸處理，采用三點(diǎn)彎曲加載方式對試樣進(jìn)行疲勞加載。試樣如圖3所示，載荷比為0.1。本試驗(yàn)使用長春浩園試驗(yàn)機(jī)廠HQY- -300KN 高頻振動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，加載頻率為55 Hz。通過未噴丸鈦合金及不同噴丸工藝的鈦合金三點(diǎn)彎曲試樣進(jìn)行疲勞試驗(yàn),繪制疲勞曲線并測定其疲勞強(qiáng)度，分析不同噴丸工藝對疲勞強(qiáng)度的影響。

1.4殘余應(yīng)力測量

使用PROTO公司IXRD MG40型X射線應(yīng)力分析系統(tǒng)對噴丸后的試樣進(jìn)行殘余應(yīng)力測量，此設(shè)備根據(jù)同傾法測試原理，選用Cu靶激發(fā)，電壓20 kV,電流0.5 A,衍射鏡面為(213)，測試位置為三點(diǎn)彎曲疲勞試樣噴丸表面中點(diǎn)。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1殘余應(yīng)力測試結(jié)果

不同噴丸工藝的試樣表面的殘余應(yīng)力測試結(jié)果見圖4。未噴丸情況下，殘余應(yīng)力較小，殘余壓應(yīng)力為51MPa。0.1MPa噴丸時(shí)，殘余壓應(yīng)力升高至465 MPa。而0.3 MPa、0.4 MPa噴丸后,殘余應(yīng)力分別增加了80 MPa和110 MPa,說明增加噴丸壓力有助于提高噴丸表面的殘余壓應(yīng)力。當(dāng)采用0.1 MPa-2T噴丸工藝時(shí)，發(fā)現(xiàn)殘余壓應(yīng)力值提高了不足20 MPa。噴丸角度為45°時(shí)的殘余壓應(yīng)力比垂直噴丸時(shí)略有下降,降幅約10 MPa。這說明噴丸時(shí)間和噴丸角度對殘余壓應(yīng)力有一定的提高作用，但作用有限。

2.2疲勞試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)過0.1 MPa噴丸處理后的TC11比未經(jīng)過表面噴丸處理的TC1I疲勞極限大幅度提升,如圖5所示。疲勞強(qiáng)度由原來的360 MPa提高到490MPa,提高了36%，說明表面噴丸工藝的確能提高TCI1的疲勞極限。高玉魁研究發(fā)現(xiàn)噴丸后TC21的疲勞強(qiáng)度由420 MPa上升到550 MPa,提高了30% ,在相同應(yīng)力下其疲勞壽命普遍提高了5至10倍。在TC11的疲勞試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)相似的情況，相同應(yīng)力下的疲勞壽命甚至相差近100倍。

從圖6可以看出，不同噴丸壓力對TC11疲勞極限的提升作用不同,0.3 MPa時(shí)疲勞極限最高,0.1 MPa時(shí)次之,0.4 MPa時(shí)較差。隨著噴丸壓力的提高，疲勞強(qiáng)度并沒有逐漸增加。噴丸壓力為0.3 MPa時(shí)，疲勞強(qiáng)度最高。當(dāng)噴丸壓力提高到0.4 MPa時(shí),疲勞強(qiáng)度卻出現(xiàn)明顯的下降,這是由于噴丸壓力過大會(huì)使噴丸表面出現(xiàn)微裂紋，從而導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度降低，即產(chǎn)生了過噴效應(yīng)。

從圖7可以看出,經(jīng)過0.1 MPa噴丸處理后的TC11與經(jīng)過0.1 MPa-2T處理后的TC11疲勞極限相差不大，說明在噴丸壓力相同的情況下,噴丸2T時(shí)間并不能提高TC11的疲勞極限。經(jīng)過0.1 MPa-45°-2T 噴丸處理后的TC11相比于0.1MPa-2T噴丸處理后的TC11疲勞極限也沒有明顯變化，說明噴丸角度對疲勞極限影響不大,45°人射并沒有明顯降低葉片的疲勞強(qiáng)度。

3結(jié)論

(1)經(jīng)過噴丸強(qiáng)化后試樣的疲勞極限提高了30%以上，說明噴丸增強(qiáng)了TC11的疲勞性能。試樣的表面形貌也發(fā)生變化,噴丸痕跡覆蓋掉了試樣表面的磨削痕跡,且在一定范圍內(nèi),噴丸壓力越大,覆蓋效果越好。

(2)噴丸壓力的大小對疲勞極限影響較大。在一定范圍內(nèi),噴丸壓力越大，疲勞極限越高。但當(dāng)噴丸壓力提高到一定限度時(shí)，疲勞強(qiáng)度下降。噴丸時(shí)間對疲勞極限影響甚微。噴丸角度對疲勞極限影響較小。

(3)殘余應(yīng)力測試結(jié)果表明，噴丸壓力對試樣殘余應(yīng)力起決定因素,噴丸壓力越大,殘余壓應(yīng)力越高。噴丸角度與噴丸時(shí)間對TC11試樣殘余壓應(yīng)力影響相對較小。

(4)本文只對試樣噴丸表面進(jìn)行測試，未進(jìn)行噴丸深度方向考量。因此,沿深度方向,噴丸工藝對殘余應(yīng)力的影響有待進(jìn)一步研究。

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