湿喷丸处理Ti-6Al-4V合金微动磨损行为影响.pdf

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1、磨损行为影响冰张新华馏’，付雪松4，盖鹏涛1’2’，李瑞冬4，李康4(1．航空_r-,_lkjg京航空制造工程研究所，北京100024；2．塑性成形技术航空科技重点实验室，北京100024；3．数字化塑性成形技术与装备北京市重点实验室，北京100024；4．大连理工大学材料科学与工程学院，大连116085)动【摘要】采用湿喷丸技术对Ti一6AI一4V合金进行表面强化处理，研完了部分滑移、混合滑移和完全滑移等不同状态下钛合金样品的微动磨损行为，从微动状态角度探讨喷丸强化对钛合金微动磨损行为的影响规律。试验结果显示，喷丸处理对于完全滑移状态下Ti一6A1—4V合金的微动磨损行为影响

2、较小；而在混合滑移状态时，喷丸处理使得微动磨痕的塑性变形积累区消失，有效抑制局部疲劳损伤造成的微裂纹萌生。这是因为喷丸引入加工硬化作用使材料表层局部强度提高，进而改善局部疲劳损伤。关键词：湿喷丸；Ti一6AI一4V钛合金；微动磨损；局部疲劳DoI：10．16080a．issnl671—833x．2017．13．044张新华高级工程师，长期从事金属成形与表面强化技术研究工作，获部级科技进步一等奖1次．部级科技进步二等奖3次。荣立个人三等功4次，国防专利3项．实用新型专利5项，发表论文20余篇。·基金项目：国家自然科学基金(51405059)；国防基础科研项目(A052013200

3、2)；中央高校基本科研业务费专项资金(DUTl6RC(4)33)；航空科学基金(20153663010)。44航空制造技术·2017年第13期钛合金在航空航天领域得到广泛应用，但其对微动磨损极为敏感，在微动服役环境下易发生微动疲劳失效。众所周知，航空涡轮发动机叶片榫头连接处的微动磨损现象致使钛合金叶片疲劳寿命显著降低”‘2l，据统计分析，20％的航空发动机故障是由榫头一榫槽连接部位失效造成。有报道称由于微动磨损的影响导致某些构件的疲劳寿命降低30％，甚至80％pJ。因此，关于微动磨损方面的研究工作愈发得到重视。喷丸形变强化已被公认为提高钛合金零件常温条件下微动疲劳抗力最为有效的

4、方法，广泛应用于航空领域抗疲劳制造方面【州，该工艺具有成本低、易操作、效率高等优点。喷丸处理引入的表层残余压应力，降低疲劳裂纹早期扩展速度，是喷丸抗微动疲劳强化的重要机理。目前，喷丸处理对微动磨损性能的影响规律，尚不完全统一。刘道新等【_71研究了Ti一6A1—4V合金微动磨损，发现喷丸处理使微动磨损速率降低、摩擦系数减小，有利于改善抗微动磨损性能。但王世洪等【81研究喷丸处理Ti一10V一2Fe一3A1合金微动磨损后，发现喷丸处理增大了微动磨损量，降低抗微动磨损性能。Fridrici等一1研究喷丸强化Ti“Al_4V合金，发现微动磨损初期的摩擦系数比未处理试样低，但磨损达到稳

5、态时摩擦系数基本一致，喷丸处理前后Ti一6Al-4v钛合金的微动磨损体积基本相同。陈明”q对湿喷丸处理Ti_6Al一4V合金的微动磨损试验结果显示，喷丸试样在试验初期摩擦系数和磨损体积均比未处理试样高。由此可见，喷丸强化钛合金微动磨损行为的研究有待进一步深入探究。本文采用湿喷丸技术对Ti一6A1一s。柏。。Moa№抽。表面改性4V合金进行表面强化处理，研究部分滑移、混合滑移和完全滑移等不同状态下钛合金样品的微动磨损行为，从微动状态角度探讨喷丸强化对钛合金微动磨损性能的影响规律。试验及方法试验材料采用厚度为3mm热轧+退火状态的Ti一6A1—4V合金板材。扫描电镜观察微观组织如图

6、l所示，灰色为d相，白色为晶界B相，化学成分如表l所示。湿喷丸试验设备采用JY一120WB型液体喷丸机。喷丸参数：磨液比10：I，气压0．35MPa，喷丸时间16s，喷丸强度0．25mmN，陶瓷丸粒度0．4mm。采用Nano—indenterXP型纳米压痕仪测试样品的纳米硬度。采用腐蚀剥层法对试样表层不同深度测量纳米硬度。图1Ti一6AI一4V钛合金扫描电镜组织照片Fig．1SEMimageofmicrostructure表1Ti一6AI一4V钛合金的化学成分元素质嚣数元素质繁数Al5．5—6．8C0．10V3．5～4．5N0．05FP030HO．015Oo．20Ti余量图2高

7、频往复式微动磨损试验机Fig．2Highfrequencyreciprocatingfrettingweartester微动磨损试验在MGW一02型高频微动摩擦磨损试验机上进行，如图2所示。采用钛合金球／盘摩擦副，其中球尺寸为q，10mm，圆盘尺寸为4)24X3ram。微动磨损试验参数为：法向载荷100N、磨损频率10Hz、磨损时间lh，位移幅值分别为50斗m、100la,m、150斗m。利用ZEISS—SUPRA55型扫描电镜观察磨痕微观形貌。结果与讨论1纳米压痕图3(a)给出了钛合金经过