激光喷丸强化TC11钛合金：显著提升高周疲劳性能

本研究论文主要探讨了激光喷丸技术在提高TC11钛合金高周疲劳性能中的应用。TC11钛合金是一种常见的高强度、低密度材料，在航空航天等领域有着广泛应用，但其疲劳性能一直是研究的重点。研究人员针对标准疲劳试件进行了激光喷丸处理，这是一种非接触式表面强化工艺，通过高能脉冲激光在材料表面产生冲击，诱发一系列物理和化学变化，从而增强材料的耐疲劳性能。 实验首先通过高周振动疲劳试验来验证激光喷丸强化的效果，结果显示强化后的试件疲劳极限显著提升，从483 MPa提高到593 MPa。这种提升表明激光处理显著提高了材料的抗疲劳能力，使得它能在更高应力水平下长时间工作而不会发生断裂。 进一步的断口分析揭示了强化试件的疲劳机制。强化后的试件裂纹源主要位于次表层，深度大约为0.2毫米，显示出激光处理使得裂纹源远离表面，减少了直接暴露于应力环境的可能性。同时，平滑区域扩大，快速扩展区出现了大量二次裂纹和密集的疲劳条带，这些特征表明了强化后的材料在抵抗裂纹扩展方面表现出更好的性能。 微观组织的变化是强化机制的关键因素之一。表层区域发生了显著细化，形成了尺寸为40~80纳米的纳米晶粒，这有助于提高材料的强度和韧性，从而抵御疲劳裂纹的形成。此外，激光喷丸还引入了高数值的残余压应力，表面残余应力高达-591.5 MPa，这种压力有助于减缓裂纹的扩展，并在材料内部形成一个塑性变形层，深度达到1毫米。表面硬度的提升也达到了19%，这是由于强化过程中的微观结构变化和残余应力的作用。 激光喷丸强化TC11钛合金的强化机制主要体现在组织细化和残余应力的协同作用上。通过这些强化手段，材料的疲劳寿命得以显著延长，性能得到了显著改善，这对于提高航空、航天等领域的关键部件的可靠性和耐用性具有重要意义。这项研究不仅深化了对TC11钛合金疲劳性能的理解，也为其他金属材料的表面强化提供了新的思路和技术参考。