钛合金制孔表面完整性及孔疲劳寿命研究

摘要

钛合金具有抗腐蚀能力强、比强度高、中温性能稳定等一系列优点，已广泛应用于航空航天领域，但同时由于钛合金化学活性高、热导率低、弹性模量低等缺点，使其在加工过程中表面质量难以保证。本文以钛合金TC4作为研究对象，针对传统钻削和螺旋铣削两种制孔方式，分析钛合金孔的表面完整性变化机理，研究钛合金孔的疲劳性能，并探索提高钛合金孔表面质量、延长钛合金孔疲劳寿命的方法。
　　首先，研究了钛合金钻孔及螺旋铣孔对刀具寿命的影响，分析了钛合金制孔过程中刀具的破损形式和磨损机理。对两种工艺下的钛合金制孔过程进行分析，监测切削力的变化规律，研究不同制孔工艺下刀具磨损对切削力的影响规律。
　　其次，研究了制孔工艺、刀具磨损对表面层金相组织、显微硬度及残余应力的影响规律，利用人工神经网络法分析切削力与表面粗糙度的相关性。研究结果表明，在钻削过程中钛合金孔壁附近显微硬度低于基体硬度，发生“热软化”现象，并出现硬脆的“白层”组织；在螺旋铣孔过程中，发生加工硬化，靠近表面处的显微硬度值高于基体硬度值。
　　最后，基于Manson-Coffin公式结合应力功恒等法，建立了钛合金孔疲劳寿命预测模型，开展了钛合金孔疲劳试验，并用试验验证了模型的准确性，通过疲劳断口的宏观和微观形貌分析，探讨了金相组织变化及残余应力对疲劳寿命的影响规律。
　　本文对钛合金螺旋铣孔、钻孔表面完整性及其疲劳寿命的研究，对螺旋铣孔技术在航空制造领域的应用提供了参考依据。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容及结构

第二章 钛合金制孔刀具磨损研究

2.1 传统钻孔与螺旋铣孔工艺分析

2.2 钛合金制孔试验设计

2.3 刀具磨损试验结果

2.4 刀具磨损对切削力的影响

2.5 本章小结

第三章 钛合金制孔表面完整性研究

3.1 钛合金孔表面粗糙度

3.2 表面层显微硬度及表面层硬化机理

3.3 表面层金相组织变化机理分析

3.4 钛合金孔壁残余应力

3.5 本章小结

第四章 钛合金孔的疲劳寿命研究

4.1 金属疲劳破坏机制

4.2 钛合金孔疲劳寿命试验设计

4.3 疲劳寿命试验结果分析

4.4 试件断口形貌分析

4.5 钛合金孔疲劳寿命预测

4.6 理论寿命与试验寿命对比分析

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢