激光喷丸强化ti-6al-4v航空钛合金疲劳裂纹扩展性能研究

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1、分类号TN249密级UDC621.7编号10299S1003059◎江彖大爭硕士学位论文激光喷丸强化Ti-6AI-4V航空钛合金疲劳裂纹扩展性能研究指导教师周建忠教授江苏大学机械工程学院申请学位级别硕士专业名称机械制造及其自动化论文提交日期2013年4月论文答辩日期2013年6月学位授予单位和日期江苏大学2013年6月答辩委员会主席评阅人2013年06月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文屮已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也

2、不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做岀重要贡献的个人和集体，均已在文屮以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。木人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权屮国

3、学术期刊（光盘版）电子杂志社将木论文编入《中国优秀博硕丄学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。指导教师签名:学位论文作者签名:激光喷丸强化T1-6A1-4V航空钛合金疲劳裂纹扩展性能研究ResearchonFatigueCrackGrowthPropertyofT1-6A1-4VAerospaceTitaniumAlloyTreatedbyLaserPeening专业名称―机械制造及其自动化指导教师周建忠教捋姓名左立党2013年6月摘要激光喷丸强化技术(Lase

4、rPeening,LP)是一种新型的材料表面强化技术，其利用高功率短脉冲激光束与材料表面相互作用产生的高幅值冲击波压力使材料表面发生塑性变形、晶粒细化、高密度位错，并在材料表面产生比传统机械喷丸更深的残余压应力层来显著提高材料的抗疲劳特性，能有效延长航空发动机关键零部件的疲劳寿命，降低其疲劳裂纹扩展速率，在航空航天等领域有广泛的应用。本文以线弹性断裂力学及弹塑性断裂力学理论为基础，以Ti-6Al-4V航空钛合金为研究对象，将试验研究与有限元分析验证相结合，对激光喷丸强化航空钛合金薄板件后的残余应力分布及疲劳裂纹扩展性能进行了系统的研

5、究，主要工作集中在以下几点：分析了Ti-6A1-4V航空钛合金薄板件激光喷丸后残余应力场的分布情况，硏究了激光喷丸诱导残余应力场对Ti-6A1-4V航空钛合金薄板件疲劳裂纹扩展性能的影响；基于线弹性及弹塑性断裂力学理论，探讨了激光喷丸诱导残余应力场作用下裂纹尖端应力强度因子AK的变化情况及疲劳裂纹扩展速率和疲劳寿命分布。利用高功率Nd:YAG固体激光器激光喷丸平台对T1-6A1-4V航空钛合金紧凑拉伸试样(CompactTension,CT)及单联中心孔试样进行了不同激光功率密度、不同喷丸覆盖率及不同喷丸轨迹激光喷丸强化，并使用X射

6、线衍射仪对裂纹扩展沿线残余应力场分布情况进行测定。利用MTS-809电液伺服材料测试系统进行疲劳裂纹扩展试验，研究激光喷丸后TJ-6A1-4V航空钛合金试样疲劳裂纹扩展速率及疲劳寿命，结果表明激光喷丸能够有效降低钛合金疲劳裂纹扩展速率，人幅提高其疲劳寿命。采用扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope,SEM)分析了CT试样及单联中心孔试样疲劳断口形貌，观察结果表明，在疲劳裂纹扩展源区具有细微疲劳条带，疲劳裂纹扩展稳定区内有明显的疲劳条带特征，疲劳条带间距会随着疲劳裂纹的扩展逐步增人，疲劳裂纹瞬断区呈现人量

7、韧窝特征，随着激光喷丸工艺参数的变化，韧贸形貌会有相应变化，从微观结构上分析了激光喷丸强化对航空钛合金材料延寿机理。以有限元分析软件ABAQUS及MSC.Fatigue为平台，建立了激光喷丸强化T1-6A1-4V航空钛合金疲劳裂纹扩展性能的有限元模型，对不同激光功率密度下和不同喷丸覆盖率下激光喷丸航空钛合金表面及次表面残余应力分布及不同残余应力场下疲劳裂纹扩展性能进行探讨，结果表明：激光喷丸能够有效减小裂纹扩展驱动力，降低裂纹扩展速率，延长裂纹扩展寿命，有限元分析结果和试验结果一致，充分验证了将有限元分析技术应用在激光喷丸强化疲劳裂

8、纹扩展领域的正确性。关键词:激光喷丸强化，TI-6A1-4V航空钛合金，残余应力，疲劳裂纹扩展，喷丸覆盖率ABSTRACTLaserPeening(LP)technologyisanewsurface-treatingmethodof