激光噴丸強化TC6鈦合金的振動疲勞壽命及斷口形貌分析*

孟憲凱，張正燁，周建忠，楊祥偉，冷旭忞

（江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江 212013）

TC6 鈦合金是具有復(fù)雜顯微組織結(jié)構(gòu)的雙相鈦合金，是目前被應(yīng)用最廣泛的鈦合金之一，同時TC6 鈦合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性、較高的比強度和良好的韌性[1]，可在最高達到450℃溫度的狀態(tài)下工作，被廣泛用于航空航天、石油化工、海洋工程等重要零部件的制造。與傳統(tǒng)的鈦合金相比，TC6 鈦合金具備更高的抗腐蝕能[2]，但是TC6 鈦合金對缺陷極為敏感，容易在工作環(huán)境中發(fā)生開裂和斷裂失效，從而顯著降低零部件的使用壽命和安全性[3]。

激光沖擊強化技術(shù)（Laser shocking peening，LSP）作為一種新型表面處理技術(shù)，通過在材料的表面上引入殘余壓應(yīng)力來提高材料的抗疲勞性能[4-5]，相比傳統(tǒng)噴丸，經(jīng)激光噴丸處理后具有更深的塑性變形層和殘余應(yīng)力場[6]。因此能夠明顯改善材料的疲勞壽命和抗腐蝕性能。聶祥樊等[7]研究了激光噴丸對TC11 鈦合金的振動疲勞壽命的影響，試驗結(jié)果表明，試樣經(jīng)激光噴丸處理后材料內(nèi)部晶粒發(fā)生了明顯的細化，并產(chǎn)生了高幅值的殘余壓應(yīng)力，從而使得鈦合金的疲勞強度得以顯著增強。

Stolpe 等[8]基于頻響函數(shù)的分析方法評價了振動疲勞壽命，分析認為結(jié)構(gòu)彈性、結(jié)構(gòu)慣性以及阻尼因子等因素對材料的振動疲勞壽命產(chǎn)生影響，同時不同的激振頻率也會較大程度上影響振動疲勞裂紋的萌生與擴展。Huang 等[9]研究不同覆蓋面積激光噴丸對Ti-6Al-4V 合金疲勞響應(yīng)和斷裂行為的影響，發(fā)現(xiàn)LSP誘導(dǎo)的殘余應(yīng)力和表面納米化是Ti-6Al-4V 合金疲勞性能改善的最重要因素，同時LSP 強化了合金的微觀組織。……