Ti2AlNb金属间化合物喷丸强化残余应力模拟分析与疲劳寿命预测

作者：陈禹锡; 高玉魁^*

来源：表面技术, 2019, 48(06): 167-188.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.06.019

• 喷丸强化
• 表层改性
• 数值模拟
• 残余应力
• 寿命预测
• 新型材料

目的研究经喷丸强化处理后Ti2AlNb材料表层残余应力的分布特征,并预测残余应力对材料疲劳性能的影响规律。方法通过贴应变片逐层钻孔法,对使用喷丸强化处理后的Ti2AlNb试样进行残余应力测试分析,得到引入残余应力场各方面的测试数据,结合ABAQUS数值模拟方式,对比分析试验与模拟残余应力场结果,获取材料的最终残余应力梯度。利用FE-SAFE软件,通过叠加残余应力场的方式,预测喷丸强化前后试样的疲劳寿命。结果在文中加工参数下,实验测试和软件模拟结果的重合度良好。喷丸强化可在Ti2AlNb金属间化合物靶材内引入300MPa左右的最大残余压应力,深度达到了0.12mm左右。材料表面塑性应变分布不均匀,且造成的塑性应变距表面深度可达0.1mm。通过喷丸强化引入残余压应力,预测的Ti2AlNb材料疲劳极限可提高12%,高低周疲劳寿命均有明显的延寿效果。结论验证了有限元数值模拟此材料喷丸强化的准确性和可靠性,得到了Ti2AlNb材料喷丸强化的残余应力场。由于塑性变形诱发机制的限制,喷丸造成塑性应变分布不均匀,塑性应变层深小于残余压应力层深。此外,强化后材料的疲劳性能显著提高,疲劳极限有可观的提升,且高低周疲劳均有较好的延寿效果。

• 单位
  同济大学