论文部分内容阅读
钛合金比强度高,塑性、韧性好,耐蚀性、生物相容性优良,广泛应用于航空、航天、船舶、石化、生物医疗等领域。但其硬度低,耐磨性和抗疲劳性能差,钛合金制品的早期失效给其工业应用造成严重的经济损失。喷丸强化工艺能够有效提高钛合金的硬度、耐磨性和抗疲劳性能,在众多领域得到高度认可。本文采用ABAQUS有限元软件,模拟TC4钛合金的喷丸强化过程,研究弹丸尺寸、喷丸速度和表面覆盖率对其表面完整性的影响。对TC4钛合金进行喷丸实验研究,将实验结果与模拟结果进行对比,验证模拟过程的合理性。结果表明：通过有限元模拟分析,得出弹丸尺寸对TC4钛合金板材最大残余压应力层深和残余压应力场深度影响显著。随着弹丸尺寸增大,残余应力曲线向右侧偏移,板材表面粗糙度增加。随着喷丸速度增加,残余应力曲线向右下方偏移,残余应力曲线四个特征参量均增大。喷丸速度由40m/s增加到100m/s时,残余压应力场深度由92.2μm提高到167.3μm。喷丸速度越大,板材表面粗糙度越大,喷丸速度为100m/s时,粗糙度为23.8μm,相对于40m/s的喷丸速度,粗糙度约增大2倍。表面覆盖率在200%以内时,最大残余压应力层深和残余压应力场深度分别在51.5～52.7μm和138～149μm内小范围波动。随着覆盖率增加,板材表面残余压应力减小,最大残余压应力和表面粗糙度均增大。对比残余应力在喷丸强度为0.2mmA时的实验结果与喷丸速度为80m/s时的模拟结果,得出的模拟结果与实验结果比较吻合,仅表面残余压应力的实验值高于模拟值。表面残余压应力和残余压应力场深度的实验值分别为755.8MPa和170μm。将板材残余应力和表面粗糙度在不同喷丸气压下的实验结果与不同喷丸速度下的模拟结果进行对比,得出的实验结果与模拟结果具有同样的变化规律。板材表面粗糙度的实验值和模拟值随着喷丸气压和喷丸速度的增大几乎都呈线性增加趋势。当喷丸气压为0.15MPa时,粗糙度为14.81μm,喷丸气压增大一倍后,粗糙度约增大58.8%。同时对比不同覆盖率下TC4钛合金残余应力和粗糙度的实验结果与模拟结果,发现实验中覆盖率对残余应力和粗糙度的影响规律与模拟所得规律一致。