重型燃机TC4压气机叶片喷丸及其对疲劳性能的影响

摘要

本课题以重型燃机TC4钛合金压气机叶片为研究载体，研究选择适合的喷丸工艺满足该燃机叶片疲劳性能的要求。论文首先研究叶片锻件材料喷丸对其力学性能的影响，随后研究了叶片及榫头的喷丸工艺，最后研究了抛磨工序与喷丸工序组合作用对叶片性能的影响规律。论文取得了以下主要结果。
　　从压气机叶片锻件取得试样，进行不同条件的喷丸试验对比，通过组织力学性能指标的测试，分析了弹丸种类、喷丸气压、靶距、覆盖率对材料性能的影响规律。发现陶瓷丸产生的表面残余应力随喷丸强度变化平缓、易于工艺控制，同时残余应力分布也优于铸钢丸；喷丸气压对喷丸强度、表面粗糙度、表面显微硬度的影响最大，成线性分布；而靶距、角度的影响相对较小，存在最佳区间。喷丸强度，表面粗糙度和显微硬度均随气压增大而增大、随靶距增大先增大后减小、随入射角增加而增大。当喷丸气压0.15MPa、靶距150mm、角度90°时，表面粗糙度约0.8μm，喷丸强度可达到0.16mmA。
　　参照以往生产的零件喷丸工艺，针对叶身及榫头拟订九种喷丸工艺方案，用旋转弯曲疲劳试验测试试件的疲劳性能，通过数据对比分析，发现0.15mm直径的陶瓷弹丸，喷丸强度为0.1mmA～0.2mmA，表面覆盖率为100％～300%的喷丸工艺能使试样在600MPa下平均疲劳寿命达到5×106周次，比未喷丸试样在560MPa下的疲劳寿命提高了20倍以上，选此工艺为压气机叶片的初步喷丸工艺。经过500℃/1h和200℃/1h的保温处理后的残余应力分析，发现在中温工况下喷丸覆盖率为100%时，残余应力和组织状态都有利于提高疲劳性能。
　　鉴于喷丸前表面状态可能对喷丸效果有影响，针对抛磨工序与喷丸工序组合作用开展了喷丸效果研究。发现当喷丸强度0.2mmA时，抛磨工艺的影响效果被喷丸强化效果完全覆盖；当喷丸强度0.1mmA时抛磨的影响未被喷丸强化效果完全消除。采用前期已试验确定的喷丸工艺进行压气机叶片喷丸，利用共振振幅监测法进行叶片振动疲劳考核试验来验证喷丸效果，证明了本课题所确定的工艺能够达到《燃机压气机动叶测频和疲劳强度检查任务书》的要求，可以指导产品加工。

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 喷丸强化技术发展现状

1.3 喷丸处理对材料性能的影响

1.4 压气机叶片常用材料及叶片强化工艺

1.5 本课题的意义及主要研究内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 喷丸工艺

2.3 试样制备

2.4 试验方法

第3章 TC4钛合金表面喷丸工艺研究

3.1 引言

3.2 不同喷丸工艺参数对强化效果的影响

3.3 TC4钛合金喷丸工艺研究

3.4 本章小结

第4章 工序组合对TC4叶片疲劳性能的影响

4.1 引言

4.2 抛磨工艺对TC4钛合金疲劳性能的影响

4.3 抛磨和喷丸工序组合对TC4钛合金疲劳性能的影响

4.4 叶片喷丸试验

4.5 叶片疲劳寿命分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢

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