高能喷丸对GH4169合金表层组织和性能的影响

摘要

GH4169合金具有良好的高温力学性能、较强的热腐蚀抗力以及优异的高温抗氧化性，已广泛应用于航空航天领域。然而，GH4169合金硬度不高、抗疲劳强度一般，限制了其在航空结构件中的进一步应用。本文通过对GH4169合金进行高能喷丸处理，研究了喷丸时间和弹丸尺寸对合金表面状态、表面粗糙度、显微硬度、残余应力和表层组织的影响，对比了干喷丸和湿喷丸下合金表层组织和性能差异，探究了GH4169合金喷丸强化机理，获得了以下结论：
　　GH4169合金干喷丸处理后表面缺陷增多，表面完整性下降。1mm和2mm弹丸喷丸后，试样表面缺陷主要表现为翘曲，起皮和塌陷。而4mm弹丸喷丸后，试样表面缺陷主要表现为长条状和多边形状缺陷。干喷丸处理后GH4169合金表面粗糙度、显微硬度和残余应力都显著提升。其中1mm弹丸喷丸3min时，表面粗糙度最小，为2.857μm；4mm弹丸喷丸10min时，表面显微硬度提升最大，为401HV，较原始试样硬度（289HV）提升了39％；随着喷丸时间延长，表层残余应力场强度增加，1mm弹丸喷丸10min时，表层最大残余应力达到了-684MPa。
　　XRD分析结果显示，GH4169合金喷丸后试样表层无相变发生，且随着喷丸时间和弹丸尺寸增加，衍射峰的强度降低，半高宽逐渐增大，表明组织细化程度增加。此外，随着喷丸时间和弹丸尺寸增大，喷丸作用层厚度不断增加。4mm弹丸喷丸10min时，喷丸作用层厚度最大，达到450μm。
　　与干喷丸相比，湿喷丸后试样表面缺陷明显减少，表面缺陷主要表现为起皮。且随着弹丸尺寸增大，水对弹丸的缓冲和润滑作用更显著，对材料表面完整性的保护程度也越高。湿喷丸后试样表面粗糙度较干喷丸相比显著降低，2mm弹丸喷丸10min时，表面粗糙度降低幅度最大，达到了53%。此外，与干喷丸相比，湿喷丸后试样表面残余应力更大，2mm弹丸喷丸10min时，表面残余应力提升了9%左右。
　　GH4169合金经喷丸后，表层形成了较强的残余应力场，表层晶粒内部出现了大量的形变孪晶，且距离喷丸面越近，多系孪晶间的相互交割现象也越明显,孪晶数量越多，组织细化程度越高。因此，GH4169合金干喷丸和湿喷丸的表面强化都是由表层组织细化、形变孪晶形成以及残余应力强化等因素综合作用的结果。

目录

第1章 绪论

1.1 镍基高温合金概述

1.2 喷丸强化技术发展现状

1.3 本文研究意义和内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 高能喷丸实验

2.3 显微组织分析

2.4性能测试

第3章 干喷丸对GH4169合金表层性能的影响及组织分析

3.1 引言

3.2干喷丸对GH4169合金表层性能的影响

3.3 干喷丸对GH4169合金表层显微组织的影响

3.4 本章小结

第4章 湿喷丸对GH4169合金表层性能的影响和组织分析

4.1 引言

4.2湿喷丸对GH4169合金表层性能的影响

4.3 湿喷丸对GH4169合金表层显微组织的影响

4.4 GH4169合金喷丸强化机理分析

4.5 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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