TC4钛合金加工表面的超声冲击强化表面完整性实验研究

作     者：张天任 蒋睿嵩 王栋辉 王渊彬 

作者机构：西北工业大学航空发动机先进制造技术教育部工程研究中心 西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室 四川大学机械工程学院 

出 版 物：《机械科学与技术》 (Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金(52005439) 四川省科技计划(2021YFG0049 2021ZHCG0009) 

主　　题：钛合金 超声冲击强化 铣削 表面完整性 

摘      要：区别于传统的喷丸、表面涂层、激光冲击强化方法，超声冲击方法可获得均匀的表面结构状态、好的表面硬度和粗糙度，在航空航天领域具有广阔的应用前景。本文为研究超声冲击对钛合金的表面完整性影响，分析超声冲击作用机理并选取TC4钛合金进行不同加工表面的超声冲击实验。对超声冲击前后的粗糙度、硬度、显微硬度、残余应力和塑性变形层深度进行测量分析。结果表明，超声冲击强化可以降低表面粗糙度至Ra 0.15μm、为试件表层引入较大残余压应力，强化前的加工表面状态对强化后的表面粗糙度、残余应力无显著影响。此外，超声冲击强化试样有着较高的表面显微硬度，较未处理试样增加了18%，且硬化层深度达到130μm。超声冲击强化使得工件表面的金相组织发生变化，SEM下发现α相细化和表层晶粒定向形变，这是表层硬度增加的主要原因。相较于其他强化工艺，超声冲击能够降低加工表面的粗糙度、提升其残余压应力和硬度，同时设备成本较低且通用性强，对于改善工件的表面质量和抗疲劳性能有积极意义。