激光喷丸与机械喷丸复合强化对2124-T851铝合金疲劳寿命的影响

摘要

目的研究激光喷丸(LSP)、机械喷丸(SP)及其复合强化(LSP+SP)对2124-T851铝合金四点弯曲疲劳寿命的影响。方法激光喷丸强化的脉冲激光能量为6 J,脉冲宽度为20 ns,光斑直径为2 mm,半圆搭接。喷丸强化采用直径为0.3 mm的陶瓷弹丸,喷丸压力为0.2 MPa,喷丸覆盖率大于100%。采用X射线衍射的方法测定强化层的残余应力。采用显微硬度仪测定显微硬度。在MTS伺服试验机上测定试样四点弯曲疲劳寿命。使用扫描电子显微镜观察疲劳试样断口。采用列表梯形法分析计算试样的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,分析机械喷丸和激光喷丸强化层性能对疲劳寿命的影响。结果LSP+SP试样残余应力场和硬度场近表层的数值与SP试样相近,表面残余应力为–260 MPa,表面硬度为178HV。LSP+SP试样残余压应力场和应变硬化场深度与LSP试样相近,可达3 mm以上。与未强化(AR)试样相比,SP、LSP和LSP+SP试样的平均疲劳寿命分别提高了214%、217%和312%。结论喷丸强化的显著应变硬化作用提高了SP试样和LSP+SP试样的裂纹萌生寿命,激光喷丸强化引入的深层残余压应力场提高了LSP和LSP+SP试样的裂纹扩展寿命,LSP+SP复合强化兼具SP和LSP工艺的疲劳寿命强化作用。