激光冲击强化对TA15钛合金小孔结构残余应力和疲劳性能的影响

作     者：韩培培 焦清洋 赵栋 孙汝剑 车志刚 HAN Peipei;JIAO Qingyang;ZHAO Dong;SUN Rujian;CHE Zhigang

作者机构：航空工业沈阳飞机工业(集团)有限公司辽宁沈阳110850 中国航空制造技术研究院北京100024 

出 版 物：《热加工工艺》 (Hot Working Technology)

年 卷 期：2023年第52卷第14期

页      面：76-79,84页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主　　题：激光冲击强化 TA15钛合金 显微硬度 残余压应力 疲劳性能 

摘      要：采用激光能量30 J、圆形光斑φ4 mm,冲击2次工艺对TA15钛合金小孔结构进行激光冲击强化,研究激光冲击强化对小孔结构残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:激光冲击强化后TA15钛合金表面显微硬度最高达402 HV,相对于母材提高了约9%且冲击硬化层深度为0.8 mm;激光冲击强化后在材料表面引入高达-908 MPa的残余压应力,相比于喷丸强化提高了54%;激光冲击强化残余压应力层深度可达1 mm,明显大于喷丸强化残余压应力层深度0.28 mm,较高的残余压应力可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,而较深的残余压应力层有利于降低裂纹扩展速率,延长裂纹扩展寿命。激光冲击强化可有效提高TA15钛合金小孔结构在385 MPa应力水平下的疲劳寿命,相比于未强化试样的疲劳寿命增益在86%~337%,明显优于喷丸强化后疲劳寿命增益。这是由于残余压应力可降低裂纹扩展的门槛值和裂纹尖端的有效应力强度因子,使疲劳裂纹源从孔内壁转移至试样的上/下表面,同时减小疲劳条带间距。