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鈦合金特點(diǎn)是由于比重小、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)而被廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航空構(gòu)架等重要部件，疲勞是這些部件在服役期間的主要失效形式一，如何提高鈦合金結(jié)構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)其服役壽命，提高其工作可靠性，已越來越受到人們的關(guān)注，下面對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析。
激光沖擊處理(ＬＳＰ：ｌａｓｅｒ ｓｈｏｃｋ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ)是一種新型的表面強(qiáng)化技術(shù)，利用功率密度為ＧＷ·cm-2量級(jí)、脈沖寬度為ｎｓ量級(jí)的強(qiáng)激光束輻照金屬表面的吸收涂層，產(chǎn)生高溫、高壓等離子體，該等離子體受到覆蓋在吸收涂層外面的透明約束層的約束產(chǎn)生高強(qiáng)度沖擊波，使材料表層產(chǎn)生塑性應(yīng)變，殘留很大的壓應(yīng)力，且激光沖擊產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力層較深，約為機(jī)械噴丸的2～5倍。激光沖擊處理獲得的殘余壓應(yīng)力層有很好的阻止裂紋萌生和擴(kuò)展能力，可以大大提高金屬材料的疲勞壽命。
目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)激光沖擊產(chǎn)生殘余應(yīng)力的研究報(bào)道不少，但對(duì)沖擊殘余應(yīng)力理論分析計(jì)算的研究較少報(bào)道。研究采用ABAQUS有限元分析軟件對(duì)激光沖擊強(qiáng)化TC4鈦合金的殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行分析，模擬了不同功率密度下，激光沖擊過程中應(yīng)力場(chǎng)的分布、發(fā)展和數(shù)值大小，可為優(yōu)化激光沖擊參數(shù)提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)材料采用飛機(jī)上廣泛使用的TC4(Ｔｉ-6Ａｌ-4Ｖ)鈦合金，試樣用線切割法加工成尺寸為40ｍｍ×40ｍｍ×20ｍｍ的試塊，試樣表面依次用400～1000#金相砂紙逐級(jí)打磨、乙醇清洗、冷風(fēng)吹干后，在其表面涂覆一層約50μｍ厚的黑漆涂料，激光沖擊試驗(yàn)裝置見圖，試驗(yàn)采用Ｎｄ:Ｇｌａｓｓ脈沖激光，激光波長(zhǎng)1 054ｎｍ，脈沖寬度23ｎｓ，試驗(yàn)采用的激光光斑直徑為6ｍｍ，脈沖激光能量為15Ｊ。為增強(qiáng)對(duì)激光能量的吸收同時(shí)保護(hù)試樣表面不被高能激光灼傷，采用黑漆作為能量吸收犧牲涂層.為增強(qiáng)激光在材料表面產(chǎn)生的沖擊波壓力，延長(zhǎng)沖擊波的作用時(shí)間，采用對(duì)激光透明的Ｋ9玻璃做約束層，玻璃厚4ｍｍ。
激光沖擊處理后，采用乙醇清洗去除試樣表面殘留的黑漆，利用Ｘ-350Ａ型Ｘ射線應(yīng)力儀測(cè)試激光沖擊區(qū)表面及亞表層的殘余應(yīng)力值，管電壓22ｋＶ，管電流6ｍＡ，鈷靶Ｋα特征輻射，準(zhǔn)直管直徑2ｍｍ，階梯掃描的步進(jìn)角為0.05°，時(shí)間常數(shù)1ｓ，側(cè)傾角Χ分別取0°，25°，35°和45°，應(yīng)力測(cè)試晶面為114，應(yīng)力常數(shù)Ｋ= -180ＭＰａ，掃描起始及終止角分別為159°和152°。為測(cè)試激光沖擊區(qū)亞表層的殘余應(yīng)力值，用ＸＦ-1型電解拋光機(jī)對(duì)沖擊區(qū)表面進(jìn)行逐層拋光，每次拋光深度約50μｍ，拋光是體積分?jǐn)?shù)為5%的甘油氯化鈉飽和溶液。
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