Ti-6Al-4V合金的陶瓷湿喷丸表面强化工艺

采用新型陶瓷湿喷丸强化工艺对 Ti-6Al-4V 合金进行表面处理,研究不同喷丸强度对 Ti-6Al-4V 合金微观组织、形貌及残余应力的影响,并通过拉-拉疲劳试验验证陶瓷湿喷丸的强化效果,分析喷丸前后的断裂机理。结果表明：湿喷丸后的表面粗糙度较干喷丸的低,表面粗糙度、残余应力和应力场深度均随着喷丸强度的增加而增加,最大残余应力达-895 MPa,压应力层深度约为250μm;拉-拉疲劳极限比初始的提高了12.4%。微观组织分析表明,喷丸处理后合金的表层位错密度显著增大,晶粒细化,表面形成超细晶。     

Ti-6Al-4V钛合金陶瓷湿喷丸表面强化微观组织与疲劳性能

采用陶瓷湿喷丸强化工艺对Ti-6Al-4V合金进行表面处理。结果表明:经湿喷丸后,材料表面硬度由330HV提高到416HV;表面粗糙度由原始的0.35μm增大到0.48μm,较传统的干喷丸相比,粗糙度值小一个数量级;表面残余应力达-749 MPa,且最大压应力位于最表层,残余压应力层深度约为120μm;拉-拉疲劳强度由605 MPa提高到680 MPa。微观组织分析表明:喷丸处理后钛合金表层位错密度显著增加,晶粒细化,基面织构由(100)向(101)转变。陶瓷湿喷丸强化处理可提高Ti-6Al-4V合金的疲劳强度。     

湿喷丸处理Ti-6Al-4V合金强化层的力学性能（英文）

采用湿喷丸处理方法在Ti-6Al-4V合金表面制备了改性层。利用X射线衍射技术、纳米压痕技术、扫描电镜以及透射电镜对合金改性层的残余应力、硬度以及显微组织随深度的变化进行研究。结果表明,改性层的残余压应力和硬度均随深度增加而减小,影响深度分别为160和80μm。通过显微组织观察发现,在80μm深度范围以内,残余压应力和硬度的增加是由细晶强化和位错强化共同主导的;在80~160μm深度范围内,残余压应力由位错强化主导。通过对硬度与屈服关系的公式进行修正,深入研究了Ti-6Al-4V合金湿喷丸处理后的强化层。     

激光喷丸对Ti-6Al-4V合金显微组织及疲劳寿命的影响

研究低能量激光喷丸对Ti-6Al-4V合金疲劳寿命的影响。采用残余应力分析、表面粗糙度测量、X射线衍射、光学显微镜、纳米压痕硬度测试、扫描电镜和透射电镜以及疲劳测试对激光喷丸样品进行表征。结果表明,激光喷丸处理导致在合金表面及近表面区域形成纳米晶,并伴随有硬度的增加及残余压应力的产生。由于纳米结构表面的形成及残余压应力的存在而带来的有利影响,与未喷丸处理合金相比,喷丸处理合金的疲劳寿命明显得到延长。     

湿喷丸强化对TC4钛合金表面状态及疲劳性能的影响

采用陶瓷湿喷丸强化技术对TC4合金进行表面改性处理,研究湿喷丸强度对钛合金表面状态及拉拉疲劳寿命的影响规律。结果表明,湿喷丸强化在材料表面引入残余压应力场,随喷丸强度增加残余压应力层变深。喷丸强度为0.1~0.2 mmN时,材料表面机加工痕迹得到有效去除,且表面粗糙度降低。湿喷丸强化后,材料表层位错密度增加,晶粒细化。湿喷丸强化能够明显改善TC4合金疲劳性能,改善效果和喷丸强度间不是单调关系,即存在最优喷丸工艺参数。在喷丸强度0.3 mmN条件下,疲劳寿命是基材的1.93倍,改善效果最明显。     

激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化处理对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响。采用表面粗糙度仪、显微硬度计和X射线衍射残余应力仪分别对激光冲击强化前后Ti-6Al-4V合金表面完整性进行了表征。在PQ-6旋转弯曲疲劳试验机上测试了经激光冲击强化处理的Ti-6Al-4V合金107周次条件下的疲劳极限,用扫描电镜分析了疲劳断口形貌,探讨激光冲击强化机制。结果表明,激光功率密度越大,表面粗糙度越小,表面残余压应力和表面硬度值越大,残余压应力层和硬化层深度越深;与原始试样相比,激光冲击强化试样的疲劳极限提高了33.3%,原因是激光冲击强化可以显著降低合金表面的粗糙度,改善合金的表面完整性,产生深层的残余压应力场和表面硬化层,将疲劳裂纹源由表层转移到次表层,有效地抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升合金的疲劳抗力。     

喷丸对DD6单晶合金表层状态及低周疲劳性能的影响

研究喷丸强化对单晶合金表面粗糙度、残余应力及梯度和组织形态等表层性能的影响,并通过低周疲劳性能实验评价喷丸参数的影响,结合表层性能和断口分析,探讨喷丸强化机理。结果表明:改进侧倾法适用于测试DD6单晶喷丸强化后的表面残余应力,极图法适用于测试喷丸强化残余应力梯度;经喷丸强化后,DD6单晶的低周缺口疲劳寿命明显提高,其中采用陶瓷丸、喷丸强度0.20 mmA试样的疲劳寿命最高,其平均寿命较原始试样提高6.5倍;随着喷丸强度提高,虽表面粗糙度增大,但DD6单晶残余压应力深度及表层位错密度增加,使其疲劳寿命延长。     

表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金超高周疲劳性能的影响

采用自行研制的超声疲劳实验装置,研究不同表面粗糙度下Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能.结果表明,当表面凹痕宽深比a/c(a为凹痕宽度,c为凹痕深度)在2~10之间时,Ti-6Al-4V合金的临界凹痕深度在0.49~1.10μm之间.当表面凹痕深度小于临界深度时,表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能没有影响.当表面凹痕深度大于临界深度时,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随表面粗糙度的增加而下降,并且随着循环周次的增加,Ti-6Al-4V合金疲劳性能对表面粗糙度的敏感性下降.随着表面粗糙度的增加,Ti-6Al-4V合金超高周疲劳裂纹的萌生方式发生变化.超高周疲劳裂纹源有由一个向多个、由内部向次表面转移的趋势;当表面凹痕深度增加到一定程度后,在超高周疲劳寿命区间,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随粗糙度的增加而大幅下降.疲劳裂纹全部从合金表面凹痕根部处萌生,没有内部萌生的情况.     

喷丸对Ti-10V-2Fe-3Al钛合金拉-拉疲劳性能的影响

研究了高强度钛合金Ti-10V-2Fe-3Al表面喷丸强化所产生的表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力和表面层残余压应力场变化及喷丸对其拉-拉疲劳性能的影响.结果表明:喷丸强化可使Ti-10V-2Fe-3A钛合金的表面粗糙度减小和表面层产生一定深度的残余压应力场,喷丸强化引起的表面完整性的改善显著提高了疲劳性能.疲劳试验结果证实了喷丸强化不仅可以显著延长高强度钛合金Ti-10V-2Fe-3Al的拉-拉高周疲劳寿命,而且可使1×107周次下的疲劳极限提高约30%,且表面喷丸强化后疲劳裂纹源由多个变为一个.     

离心研磨工艺对Ti-6 Al-4 V钛合金表面组织性能的影响

目的改善Ti-6Al-4V钛合金的组织性能。方法使用离心研磨工艺对Ti-6Al-4V钛合金进行表面处理,通过显微硬度计、X射线应力分析仪、金相显微镜,对不同加工时间下试样表层的显微硬度、残余应力、金相组织进行测试。结果离心研磨加工后,Ti-6Al-4V钛合金表面的显微硬度得到提高,试样最表面的显微硬度随加工时间的延长呈现逐渐增大的趋势,加工时间为40 min时,显微硬度达到最大值385HV,比试样基体硬度值提高了55HV;在加工深度方向上,随着深度的增加,显微硬度值逐渐降低,在深度为400μm附近,显微硬度值已与基体硬度值相差不大,并且基本不再下降。加工完成后,试样表面产生了有益的残余压应力,最大残余压应力值为436 MPa。金相组织分析结果表明,试样表层组织形成了剧烈塑性变形层,其深度约40μm,在变形层内,组织的晶粒得到明显细化。结论离心研磨抛光工艺对Ti-6Al-4V钛合金表面组织性能改善效果明显,验证了使用该工艺对Ti-6Al-4V钛合金进行表面强化的可行性。     

300M钢件表面的喷丸强化

针对300M钢材料研究了4种不同喷丸工艺。分别对喷丸层的残余应力、组织结构、显微硬度及其分布和表面粗糙度进行了测试与分析。结果表明,高硬度陶瓷丸在较低的喷丸强度下可以获得较高的残余压应力,且不会大幅度提高表面粗糙度值;钢丝切丸喷丸后虽然得到比较好的残余应力分布,但伴随的是表面粗糙度值的大幅提高;大粒径高强度钢丝喷丸不会使残余压应力水平得到很好的提高,而是会大幅增加粗糙度值;钢丝切丸+陶瓷丸的复合喷丸强化工艺在粗糙度改变不大的前提下,可以获得较好的强化效果和表层组织结构。     

微粒子喷丸高速动车组车轴钢疲劳性能的影响因素研究

目的 研究微粒子喷丸EA4T车轴钢表面残余应力、组织结构强化层以及表面粗糙度对疲劳性能的影响.方法 使用250℃保温2 h和550℃保温4 h的回火工艺对微粒子喷丸试样进行处理,研究微粒子喷丸试样表面残余应力和组织结构强化层对疲劳强度的影响.分析喷丸及回火处理试样表面的粗糙度、三维形貌、深度方向残余应力分布、X射线衍射峰、半高宽以及表面硬度,并进行旋转弯曲疲劳实验,确定疲劳性能.结果 微粒子喷丸增加了试样的表面粗糙度,在表面引入了深度为80～100μm的残余压应力和加工硬化.微粒子喷丸将材料的疲劳极限由365 MPa提高至470 MPa.回火处理使得喷丸试样表面微观组织发生了回复,其硬度降低,残余应力松弛.250℃保温2 h和550℃保温4 h的回火处理使得喷丸试样的疲劳强度分别降低至450 MPa和430 MPa.结论 微粒子喷丸在EA4T车轴钢试样表面引入的残余应力和组织结构强化层对疲劳强度的提高分别约为16％和23.8％,而表面粗糙度则降低了疲劳强度,降幅约为10％.     

高能喷丸制备具有表面梯度结构的Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹扩展行为（英文）

通过高能喷丸(HESP)在Ti-6Al-4V合金表面成功制备梯度结构，并研究其对疲劳裂纹扩展的影响。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪对HESP过程中的显微组织和残余应力演变进行表征。结果表明，材料表面形成的梯度纳米结构具有220μm深度的残余压应力层。梯度纳米结构的产生能改善合金的强塑性匹配。最大残余压应力产生于次表层，且随着喷丸时间的增加逐渐增大。HESP处理有效降低裂纹扩展速率，提高疲劳裂纹扩展寿命。残余压应力可降低裂纹尖端的有效应力强度因子范围(ΔK’_eff)，从而产生裂纹闭合效应并延缓裂纹扩展。同时，晶粒细化引起的晶界增加、有效滑移长度减小和裂纹尖端塑性区的协同作用也会使裂纹扩展阻力增大。     

高温喷丸对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金显微组织和性能的影响

为提高Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的高温性能和疲劳寿命,采用不同种类弹丸及不同喷丸温度对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金进行表面喷丸处理。通过分析喷丸后显微组织和硬度的变化,研究了弹丸种类和喷丸温度对钛铝合金表面性能的影响。结果表明:相同喷丸温度下,合金经陶瓷喷丸处理后,表面较平滑,缺陷少,硬度适中。在陶瓷喷丸条件下,随喷丸温度升高,喷丸强化层塑性变形量增加,喷丸温度为675℃时显微硬度获得最大值500 HV0.2,综合喷丸效果最佳。675℃陶瓷喷丸合金经700~800℃×150 h保温处理后,显微硬度变化不大,即热稳定性满足应用要求。     

湿喷丸强化对TC4疲劳性能的影响机制

利用湿喷丸技术对TC4钛合金进行表面改性处理,显著提高了材料疲劳寿命。对疲劳断口微观组织观察发现,湿喷丸强化处理使试样疲劳裂纹萌生位置由表面转移至试样内部约1 mm深度区域。通过对湿喷丸改性层微观组织分析可知,改性层内的细晶强化和位错强化是导致裂纹萌生位置发生改变的主要因素。湿喷丸引入的残余压应力对裂纹扩展起到有效的阻碍作用。细晶强化、位错强化和残余压应力共同作用提高TC4钛合金的抗疲劳性能。     

湿喷丸强化对TC4合金疲劳断裂机制的影响

利用湿喷丸技术对TC4钛合金进行表面改性处理,显著提高了材料疲劳寿命。对疲劳断口微观组织观察发现,湿喷丸强化处理使试样疲劳裂纹萌生位置由表面转移至试样内部约1 mm深度区域。通过对湿喷丸改性层微观组织分析可知,改性层内的细晶强化和位错强化是导致裂纹萌生位置发生转移的主要因素,同时,湿喷丸引入的残余压应力对裂纹扩展起到有效的阻碍作用。细晶强化、位错强化和残余压应力共同提高了TC4钛合金的抗疲劳性能。     

干、湿喷丸强化对TC17钛合金喷丸强化层的影响

目的 研究干喷丸与湿喷丸强化对TC17钛合金残余应力场的影响.方法 采用干、湿喷丸分别对TC17钛合金表面进行喷丸强化处理,利用X射线衍射仪、EBSD以及硬度仪,分析喷丸强度对材料表层残余应力、显微组织以及硬度的影响.结果 喷丸强度为0.20 mmN时,干喷丸最大残余应力在距表面30μm处,湿喷丸最大残余应力在表面;喷丸强度为0.30 mmN时,干、湿喷丸引入的残余应力场层深分别为200、90μm,干喷丸引入的残余应力层更深;喷丸强度为0.40 mmN时,干喷丸最大残余应力为–1191.5 MPa,而湿喷丸最大残余应力为–943.9 MPa,干喷丸引入的最大残余应力比湿喷丸的更大;当喷丸强度增加到0.50 mmN时,干、湿喷丸两种强化工艺均出现过喷丸现象,近表层的残余应力发生松弛,同时硬度值降低.通过EBSD研究发现,随着喷丸强度的增加,TC17钛合金表层组织中α相的小角度晶界比例先增加后减少,当喷丸强度为0.50 mmN时,α相内小角度晶界比例减少,大角度晶界比例增加.结论 当喷丸强度较小时,干喷丸强化引入的最大残余应力在次表面,而湿喷丸引入的在表面.当喷丸强度较大时,干、湿喷丸强化工艺均出现过喷丸现象,此时大量小角度晶界转变为大角度晶界,钛合金表层硬度场有所减小,残余应力场发生应力松弛.     

喷丸强度对FGH4113A高温合金微观组织的影响及定量表征

镍基粉末高温合金涡轮盘长期在高温高应力条件下服役,对其综合力学性能有着严苛的要求,而表面形貌与微观组织对盘件性能有着至关重要的影响,通常需进行表面喷丸强化处理。基于此,本工作系统性地研究了不同喷丸强度下FGH4113A合金的表面和亚表层微观组织及变形情况,并探究了两者的定量关系。结果表明：经过喷丸处理后,合金亚表面产生位错塞积,诱发晶粒内形成变形孪晶,并且变形孪晶数量随喷丸强度的增大而增大。另外,喷丸强化引入的位错使变形层存在大量的小角晶界,从而发生晶粒细化提升了合金硬化效果。随着喷丸强度的增大,合金表面粗糙度、表面残余压应力、硬化层厚度以及表面显微硬度等特征呈现出不断增大的趋势。这些研究结果可为实际生产过程中喷丸强化参数的调控提供一定的数据支撑。     

喷丸强度对TA15钛合金型材表面完整性影响的数值和实验研究

利用有限元模拟和喷丸实验研究了喷丸强度对TA15钛合金热挤压型材表面完整性的影响规律。对比了由数值模拟和喷丸实验得到的表面粗糙度和残余应力分布结果,验证了所建立的喷丸有限元模型的可靠性;研究了喷丸强度对材料表层显微硬度和微观组织的影响。实验结果表明,喷丸处理在TA15钛合金型材表层产生了最大数值为558~764 MPa且深度为115~151 μm的残余压应力层,材料表层发生塑性变形,位错密度增大,晶粒细化,表层硬度提高,形成了深度为100~150 μm的硬化层,同时表面粗糙度增大。最大残余压应力、压应力层深度和表层硬度随喷丸强度的增大而增大,但强度超过0.188 mmA后增加不明显,材料表面出现裂纹,且在0.222 mmA强度下,材料表面因折叠缺陷而发生残余应力松弛,降低了材料表面完整性。     

TC17钛合金叶片制造过程的表面完整性研究

采用多种最终加工工序组合,在TC17钛合金叶片表面引入不同表面完整性状态,研究最终加工工序对叶片表面形貌、平均粗糙度、残余应力的影响。结果表明:仅振动光饰处理后,表面平均粗糙度在0.2μm以下,表面残留有磨料运动痕迹,残余应力影响层深度约为30~40μm,表面残余应力仅-200 MPa左右;不进行振动光饰处理时,陶瓷丸喷丸比玻璃丸喷丸后叶片表面粗糙度更佳,喷丸后叶片表面Kurtosis值接近3,本研究中残余应力影响层深度约为100μm,表面残余应力在-750~-850 MPa之间;喷丸后进行振动光饰可消除叶片表面的喷丸弹坑,平均粗糙度减小到0.2μm以下,残余应力影响层深度与未经振动光饰处理的相当,表面残余应力变化小。当加工痕迹被喷丸消除时,叶片表面Kurtosis值接近3,这说明弹坑底部圆滑,因此认为Kurtosis值可作为表征喷丸表面的特征粗糙度参数。