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激光冲击强化对TC17钛合金的数值模拟研究
孙博宇; 乔红超; 赵吉宾; 陆莹
作者部门装备制造技术研究室
会议名称第17届全国特种加工学术会议
会议日期2017年11月17日至11月20日
会议地点广州
会议主办者中国机械工程学会特种加工分会、广东工业大学
会议录名称特种加工技术智能化与精密化——第17届全国特种加工学术会议论文集(摘要)
2017
页码1
产权排序1
关键词激光冲击强化 TC17钛合金 脉冲宽度 残余应力
摘要TC17材料是一种α-β型双相钛合金,由于其具有的高强度、高韧性、高淬透性和锻造温度范围宽等诸多优点,在航空发动机的叶片、转子轴、压气机机匣等易发生疲劳破损的部位制造领域得到广泛的应用。激光冲击强化是一种可以提高零件疲劳寿命、硬度、耐磨性等相关性能的表面强化方法。在以往对激光冲击强化仿真的研究中,对于不同脉宽参数,大多数是改变能量输出来保证峰值压力不变,这与实际激光器调节情况不符,不利于规律分析和实验验证。本文以TC17钛合金为研究对象,通过有限元仿真的方法,研究相同能量不同脉宽对激光冲击强化冲击波传播速度、残余应力和塑性变形的影响,综合分析残余应力表面和深度方向的分布情况,从而对脉宽参数进行优化。对于不同脉宽冲击情况下薄板表面第一个冲击点中心处Z方向的应力随时间变化情况,应力在700ns时发生了方向的改变,说明反射波传递到上表面,冲击波和反射波在650-700ns之间传播了4mm,因此冲击波的传播速度大约为4mm/675ns=5926m/s。不同脉宽第一个冲击点中心处Z方向的应力曲线并没有出现分叉,随时间变化符号基本相同,说明脉宽的改变并不影响冲击波在钛合金中的传播速度。对于不同脉宽激光冲击薄板表面和深度方向X轴的残余应力分布情况,在深度方向,随着脉宽的减少,相同能量的激光在越短的时间冲击试件,导致峰值压力增大,因此使薄板深度方向的残余应力增大,但是由于冲击时间减少,使深度影响范围减少,当脉宽为10ns时,残余压应力影响深度最小仅为0.4mm,并且在试件中间形成一定的残余拉应力,这一定程度上影响试件的使用性能。在表面方向,随着脉宽的减少,峰值压力的增大,薄板的残余应力增加,当脉宽大于20ns时,表面中心的一小块区域会出现拉应力。对于相同工艺参数条件下,不同脉宽激光冲击TC17薄板的最大变形量情况,随着激光冲击强化脉宽的增加,使一定能量冲击试件的时间增加,从而使峰值压力减少,表面最大塑性变形减少。当脉冲为25ns时,塑性变形量最小,为5.1μm。综合考虑残余应力和塑性变形量可知,在不形成较大的拉应力情况下,尽量选择影响较大、较深的残余压应力,从而使试件具有更好的强化效果,最终优选脉宽为15ns。
语种中文
文献类型会议论文
条目标识符http://ir.sia.cn/handle/173321/22082
专题装备制造技术研究室
通讯作者孙博宇
作者单位中国科学院沈阳自动化研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
孙博宇,乔红超,赵吉宾,等. 激光冲击强化对TC17钛合金的数值模拟研究[C]//中国机械工程学会特种加工分会、广东工业大学,2017:1.
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