濕噴丸強(qiáng)化對(duì)TC4鈦合金表面狀態(tài)及疲勞性能的影響

TC4鈦合金由于其密度小、比強(qiáng)度高、中溫穩(wěn)定性以及優(yōu)異的耐腐蝕等性能，在航空航天領(lǐng)域有著比較廣泛的應(yīng)用。但其硬度低、耐磨性差、疲勞強(qiáng)度低等缺。

點(diǎn)限制了其進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用。僅僅依靠鈦合金自身固有的疲勞抗力難以滿足航空結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)壽命、高可靠性及高安全性的設(shè)計(jì)要求，為此，噴丸強(qiáng)化已經(jīng)成為T(mén)C4鈦合金結(jié)構(gòu)件重要的表面強(qiáng)化處理技術(shù)。

濕噴丸表面強(qiáng)化是近年來(lái)發(fā)展活躍的噴丸技術(shù)，將陶瓷丸與水混合在一起，形成一定比例的固液混合介質(zhì)。在噴丸過(guò)程中，試樣表面形成一層液膜，起到減少摩擦和表面冷卻的結(jié)果?？蒲腥藛T主要研究了不同濕噴丸強(qiáng)度參數(shù)下TC4鈦合金表面組織形貌及殘余應(yīng)力的變化規(guī)律，以探究濕噴丸強(qiáng)化工藝的作用機(jī)制以及對(duì)疲勞行為的影響規(guī)律。

試驗(yàn)所用的材料為3mm厚退火態(tài)TC4鈦合金板材。濕噴丸設(shè)備為JY-120WB液體噴丸機(jī)，噴丸介質(zhì)為新型陶瓷彈丸和水，陶瓷彈丸型號(hào)B60，規(guī)格125～250μm，維氏硬度值為860HV。噴丸強(qiáng)度分別為0.1～0.5mmN（N試片）共5組，覆蓋率為200%。

噴丸強(qiáng)化技術(shù)是一種具有雙刃劍特點(diǎn)的表面強(qiáng)化方法。濕噴丸強(qiáng)化對(duì)鈦合金疲勞性能的影響主要?dú)w因于濕噴丸強(qiáng)化對(duì)材料表面狀態(tài)的改變情況。在較低噴丸強(qiáng)度范圍內(nèi)，疲勞性能有益因素“殘余壓應(yīng)力層”起主導(dǎo)作用，有效降低材料所受循環(huán)載荷，疲勞裂紋源從表面轉(zhuǎn)移到次表層，疲勞強(qiáng)化效果隨噴丸強(qiáng)度上升。在過(guò)高噴丸強(qiáng)化工藝下，發(fā)生局部剝層的表面損傷現(xiàn)象，“表面粗糙化”的不利因素起主導(dǎo)作用，促進(jìn)裂紋源萌生，疲勞裂紋源發(fā)生在表層，抗疲勞改善效果隨噴丸強(qiáng)度下降。因此，選擇合理的噴丸強(qiáng)度，在保證一定深度的殘余壓應(yīng)力層的同時(shí)，材料表面損傷較小，材料整體表面狀態(tài)較好，從而使鈦合金的疲勞性能改善效果最為明顯。

研究結(jié)果表明，濕噴丸強(qiáng)化在材料表面引入殘余壓應(yīng)力場(chǎng)，隨噴丸強(qiáng)度增加殘余壓應(yīng)力層變深。噴丸強(qiáng)度為0.1～0.2mmN時(shí)，材料表面機(jī)加工痕跡得到有效去除，且表面粗糙度降低。濕噴丸強(qiáng)化后，材料表層位錯(cuò)密度增加，晶粒細(xì)化。濕噴丸強(qiáng)化能夠明顯改善TC4合金疲勞性能，改善效果和噴丸強(qiáng)度間不是單調(diào)關(guān)系，即存在最優(yōu)噴丸工藝參數(shù)。在噴丸強(qiáng)度0.3mmN條件下，疲勞壽命是基材的1.93倍，改善效果最明顯。