激光喷丸增强Ti-6Al-4V钛合金疲劳寿命研究

本研究论文深入探讨了激光喷丸强化对Ti-6Al-4V钛合金单联中心孔试样的疲劳性能影响。Ti-6Al-4V是一种常用的高强度轻质合金，因其优良的机械性能和耐腐蚀性，在航空、航天等领域有广泛应用。本文由王作伟、黄舒等研究人员主导，他们利用国家自然科学基金等多个基金项目的支持，对钛合金试样进行了系统的实验研究。 研究的核心内容是通过对Ti-6Al-4V钛合金单联中心孔试样进行激光喷丸处理，改变其表层的残余应力分布。激光喷丸强化技术通过高速金属颗粒冲击，能够在材料表面形成压应力，从而提高材料的疲劳强度。实验结果显示，激光喷丸处理显著增加了试样的残余压应力，最高可达-449MPa，这种压应力起到了抑制疲劳裂纹扩展的作用，显著提升了试样的疲劳寿命，提高了42.74%的抗疲劳性能。 论文进一步通过对比分析激光喷丸前后试样的疲劳断口形貌，揭示了激光喷丸强化对疲劳裂纹发生和扩展过程的影响。未经喷丸处理的试样，疲劳裂纹通常源自孔壁上表面的尖角；而在经过激光喷丸强化的试样中，裂纹源位移至强化层内部，显示出强化层对裂纹生长的抑制效果。此外，研究还发现，随着激光喷丸区域的增加，试样在疲劳裂纹扩展区的疲劳条带间距减小，这进一步证实了激光喷丸强化对疲劳性能提升的积极作用。 这项研究不仅提供了关于激光喷丸强化对Ti-6Al-4V钛合金疲劳性能改进的具体数值依据，也为优化此类合金在高应力环境中的应用提供了重要的工程参考。这项首发论文的研究成果对于材料科学家和工程师来说，具有很高的学术价值和实践指导意义。