激光冲击与喷丸复合强化对TC4钛合金细节疲劳额定强度截止值DFRcutoff的影响 
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Cut-Off Value of Detail Fatigue Rated Strength of TC4 Titanium Alloy with Compound Strengthening Treatment by Laser Shock Peening and Shot Peening
1 西安交通大学航天航空学院, 陕西 西安 710049
2 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室, 陕西 西安 710049
3 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所, 陕西 西安 710089
4 陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室, 陕西 西安 710049
图 & 表
图 1. 疲劳试样示意图
Fig. 1. Schematic of fatigue specimen
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图 2. 喷丸强化和激光冲击强化处理区域示意图
Fig. 2. Areas of shot peening and laser shock peening
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图 3. 不同强化状态下试样表面的残余应力分布
Fig. 3. Distribution of surface residual stress in different strengthened samples
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图 4. 不同工艺状态下TC4钛合金的DFRcutoff
Fig. 4. DFRcutoff of TC4 titanium under different strengthening conditions
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图 5. 不同强化状态TC4钛合金试样的疲劳断口形貌。(a)未强化;(b) SP;(c) LSP;(d) LSP+SP
Fig. 5. Fatigue fracture morphology of different strengthened TC4 titanium alloy specimens. (a) None; (b) SP; (c) LSP; (d) LSP+SP
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图 6. 不同强化状态TC4钛合金试样的疲劳裂纹长度
Fig. 6. Fatigue crack length of different strengthened TC4 titanium alloy specimens
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图 7. 激光冲击强化加载曲线
Fig. 7. Loading curve of laser shock peening
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图 8. 网格模型及局部网格细化
Fig. 8. Mesh model and local mesh refinement
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图 9. 三种强化状态TC4钛合金试样中的残余应力分布。 (a) SP;(b) LSP;(c) LSP+SP
Fig. 9. Residual stress distribution in three kinds of strengthened TC4 titanium alloy samples. (a) SP; (b) LSP; (c) LSP+SP
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图 10. 三种状态TC4钛合金试样中残余应力沿厚度方向的分布
Fig. 10. Distribution of residual stressin three kinds of strengthened TC4 titanium alloy samples along thickness direction
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表 1TC4钛合金的化学成分
Table1. Chemical composition of TC4 titanium alloy
| Component | Fe | C | N | H | O | Al | V | Ti |
|---|
| Mass fraction /% | ≤0.30 | ≤0.10 | ≤0.05 | ≤0.015 | ≤0.20 | 5.5--6.8 | 3.5--4.5 | Bal. |
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表 2TC4钛合金的力学性能
Table2. Mechanical properties of TC4 titanium alloy
| Tensile strengthσb /MPa | Yield strengthσ0.2 /MPa | Elongationδ /% | Elasticity modulusE /GPa | Density ρ /(kg·m-3) | Poisson'sratio ν |
|---|
| 1012 | 875 | 180.5 | 110 | 4500 | 0.34 |
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表 3TC4钛合金在不同工艺状态下的疲劳试验结果
Table3. Fatigue test results of TC4 titanium alloy under different technological conditions
| SpecimenNo. | Strengtheningcondition | Fmax /kN | Fatiguelife /cycle | Characteristiclife /cycle |
|---|
| 1-1 | None | 58 | 196402 | 292082 | | 1-2 | | 242423 | | 1-3 | | 122885 | | 1-4 | | 139483 | | 1-5 | | 159143 | | 1-6 | | 258084 | | 1-7 | | 76924 | | 1-8 | | 178027 | | 2-1 | SP | 64 | 119945 | 241393 | | 2-2 | | 238465 | | 2-3 | | 229230 | | 2-4 | | 408671 | | 2-5 | | 172887 | | 2-6 | | 135148 | | 2-7 | | 224636 | | 2-8 | | 215396 | | 3-1 | LSP | 75 | 265468 | 288220 | | 3-2 | | 395080 | | 3-3 | | 220273 | | 3-4 | | 303785 | | 3-5 | | 185149 | | 3-6 | | 263124 | | 4-1 | LSP+SP | 80 | 275190 | 448980 | | 4-2 | | 523799 | | 4-3 | | 474698 |
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表 4TC4钛合金的J-C本构模型参数
Table4. J-C constitutive model parameters of TC4 titanium alloy
| Material | A /MPa | B /MPa | C | n | m |
|---|
| TC4 | 875 | 793 | 0.01 | 0.386 | 0.71 |
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刘亚鹏, 史志俊, 赵一昭, 朱亮, 刘马宝. 激光冲击与喷丸复合强化对TC4钛合金细节疲劳额定强度截止值DFRcutoff的影响[J]. 中国激光, 2020, 47(5): 0502006. Yapeng Liu, Zhijun Shi, Yizhao Zhao, Liang Zhu, Mabao Liu. Cut-Off Value of Detail Fatigue Rated Strength of TC4 Titanium Alloy with Compound Strengthening Treatment by Laser Shock Peening and Shot Peening[J]. Chinese Journal of Lasers, 2020, 47(5): 0502006.
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