專利名稱：：一種提高γTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于材料測試
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種提高YTiAll三點彎曲疲勞壽命的方法。
背景技術(shù)：
：目前，在航空及航天工業(yè)領(lǐng)域，為滿足航空發(fā)動機(jī)及工業(yè)燃?xì)鉁u輪機(jī)對材料的苛刻要求，研制了TiAl系合金，Ti-Al系金屬間化合物的比重較低，具有較高的使用溫度、高溫強(qiáng)度、較好的抗氧化性能、抗蠕變性能和較高的彈性模量，在飛機(jī)發(fā)動機(jī)和火箭推進(jìn)系統(tǒng)所用的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料中以明顯的優(yōu)勢而備受研究航空航天材料工作者們的重視，己成為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料的研究方向和發(fā)展趨勢之一。目前鈦鋁金屬間化合物的研究焦點放在YTiAl基合金的研究和開發(fā)上。YTiAl基合金作為侯選的航空用材料，它具有相當(dāng)?shù)偷拿芏?、高的高溫?qiáng)度和蠕變抗力等獨特性能，而受到人們的廣泛重視，但是其抵抗疲勞裂紋擴(kuò)展的能力很低，同時TiAl基合金在很小載荷下就產(chǎn)生很大程度的損傷，這限制了其在工程上的使用。TiAl疲勞破壞主要起源于試件表面承受應(yīng)力最大處，通過表面噴丸技術(shù)使得高速飛行的彈丸與合金表面發(fā)生碰撞，產(chǎn)生噴丸應(yīng)變層，在噴丸過程中，由于表面層金屬材料的強(qiáng)烈塑性變形，表面層的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了很大變化，即產(chǎn)生很高的殘余壓應(yīng)力和微觀應(yīng)力。殘余壓應(yīng)力和微觀應(yīng)力的存在，對TiAl的力學(xué)性能產(chǎn)生有利的影響。噴丸變形過程中，TiAl表面層產(chǎn)生很大的殘余壓應(yīng)力，而內(nèi)部則為拉應(yīng)力。疲勞裂紋在表面層的形成及擴(kuò)展的主要原因是由拉應(yīng)力而引起的，而表面拉應(yīng)力的減弱也就意味著零件抗疲勞強(qiáng)度的提高。應(yīng)力強(qiáng)化的機(jī)制是噴丸所形成的一定深度的殘余壓應(yīng)力場不僅可以抑制疲勞裂紋的萌生，而且可以增加裂紋的閉合效應(yīng)來減小疲勞短裂紋的擴(kuò)展速率，甚至出現(xiàn)止裂現(xiàn)象。因為引入的殘余壓應(yīng)力可以抵消外界拉應(yīng)力對材料的作用，拉應(yīng)力越小，材料表面微觀裂紋周圍的應(yīng)力集中越低，因此可以抑制裂紋的形成和擴(kuò)展。噴丸強(qiáng)化引入的殘余壓應(yīng)力場可以將疲勞裂紋源由表面驅(qū)趕到次表面層，從而顯著提高材料的疲勞壽命。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了改善現(xiàn)有噴丸技術(shù)YTiAl性能的影響，提供一種提高YTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，該方法使用不銹鋼彈丸，通過改變噴丸工藝參數(shù)，如彈丸直徑、噴丸槍與試樣表面的角度、噴丸槍與試樣之間的距離、噴丸時間、噴丸強(qiáng)度，從而獲得三點彎曲疲勞性能最佳的YTiAl。所述的提高YTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法通過如下步驟實現(xiàn)第一步，制備YTiAl合金；將鑄態(tài)YTiAl合金進(jìn)行熱處理，熱處理條件為1250°C，175Mpa，4h,熱等靜壓后的錠子在真空中進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。第二步，制備YTiAl合金三點彎曲試樣；將第一步中制備的YTiAl合金用線切割的方法切出三點彎曲標(biāo)準(zhǔn)試樣。對三點彎曲標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行表面打磨，打磨條件釆用400#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#砂紙逐步打磨試樣表面，然后用丙酮超聲清洗并烘干。第三步，噴丸；釆用壓送式噴丸機(jī)，噴丸參數(shù)不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成80~90度角，噴丸槍與試樣之間的距離為1416cm，噴丸時間為80100秒，噴丸強(qiáng)度0.26Mpsi0.43Mpa。對未噴丸試樣和噴丸試樣進(jìn)行三點彎曲疲勞壽命測試，三點彎曲實驗在Instron疲勞飼服機(jī)上進(jìn)行，根據(jù)國標(biāo)，三點彎曲試樣尺寸比例為1:2:8，將應(yīng)力水平Smax定在1600N，1800N,應(yīng)力比R為O.l,正弦波頻率為30Hz，每個試驗點重復(fù)三次試驗，發(fā)現(xiàn)噴丸后試樣的疲勞壽命比未噴丸試樣疲勞壽命有了很大的提高。本發(fā)明的優(yōu)點在于(1)通過噴丸技術(shù)有效提髙了YTiAl室溫疲勞壽命；(2)本發(fā)明提供的噴丸方法相比于眾多YTiAl表面改性技術(shù)(如激光熔覆，離子注入，磁控濺射制備涂層等)中成本最低，實驗設(shè)備最普遍，實驗操作最簡單。圖1本發(fā)明方法的流程圖；圖2三點彎曲試樣及表面噴丸位置示意圖3實施例1中試樣噴丸前后應(yīng)力為水平為1600N彎曲疲勞壽命變化圖；圖4實施例1中試樣噴丸前后應(yīng)力為水平為1800N彎曲疲勞壽命變化圖；圖5實施例2中試樣噴丸前后應(yīng)力為水平為1600N彎曲疲勞壽命變化圖；圖6實施例2中試樣噴丸前后應(yīng)力為水平為1800N彎曲疲勞壽命變化圖；圖7實施例3中試樣噴丸前后應(yīng)力為水平為1600N彎曲疲勞壽命變化圖；圖8實施例3中試樣噴丸前后應(yīng)力為水平為1800N彎曲疲勞壽命變化具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的一種提高YTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法流程如圖1所示，通過如下步驟實現(xiàn)，第一步，制備YTiAl合金；將鑄態(tài)YTiAl合金進(jìn)行熱處理，熱處理條件為1250°C,175Mpa，4h,熱等靜壓后的錠子在真空中進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。第二步，制備YTiAl合金三點彎曲試樣；將第一步中制備的YTiAl合金用線切割的方法切出三點彎曲標(biāo)準(zhǔn)試樣。對三點彎曲標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行表面打磨，打磨條件采用400弁、800#、1000#、1200#、1500#、2000#砂紙逐步打磨試樣表面，然后用丙酮超聲清洗并烘干。第三步，對試樣進(jìn)行噴丸；采用壓送式噴丸機(jī)，噴丸參數(shù)不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成80~90度角，噴丸槍與試樣之間的距離為1416cm,噴丸時間為80100秒，噴丸強(qiáng)度0.26Mpa0.43Mpa。實施例1:一種提高vTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，具體實現(xiàn)步驟如下第一步，制備YTiAl合金；將鑄態(tài)YTiAl進(jìn)行在1250。C，175Mpa，4h的熱處理，熱等靜壓后的錠子真空900°C，12h去應(yīng)力退火。第二步，制備YTiAl合金三點彎曲試樣；將所述YTiAl合金用線切割切出3mmX6mmX32mm的三點彎曲試樣，見圖2。噴丸表面打磨條f牛采用400弁、800#、1000#、1200#、1500#、2000弁砂紙逐步打磨試樣表面，然后用丙酮超聲清洗并烘干。第三步，對試樣進(jìn)行噴丸；用壓送式噴丸機(jī)經(jīng)過以下噴丸參數(shù)對材料表面進(jìn)行噴丸不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成90。角，噴丸槍與試樣之間的距離為16cm，噴丸時間為90秒，噴丸強(qiáng)度為0.38Mpa。噴丸位置如圖2所示。利用XRD重心法測出噴丸前后的試樣表面殘余應(yīng)力如表1所示，噴丸后試樣表面殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，壓應(yīng)力的存在有利于疲勞壽命的增加。表lXRD重心法測得殘余應(yīng)力試樣種類表面殘余應(yīng)力(MPa)(正值-拉應(yīng)力；負(fù)值-壓應(yīng)力)未噴丸試樣65.17噴丸強(qiáng)度為0.38Mpa的試樣-335.67將上述制的三點彎曲試樣在Instron疲勞飼服機(jī)上進(jìn)行應(yīng)力水平為1600N，1800N，應(yīng)力比R為0.1，正弦波頻率為30Hz的三點彎曲疲勞試驗。測得疲勞壽命見圖3、圖4所5示，在應(yīng)力水平為1600N,1800N條件下，噴丸后材料的平均疲勞壽命是未噴丸材料平均疲勞壽命的7倍。實施例2:—種提高vTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，具體實現(xiàn)步驟如下第一步，制備YTiAl合金；將鑄態(tài)YTiAl進(jìn)行在1250。C，175Mpa，4h，熱等靜壓后的錠子真空900。C,12h去應(yīng)力退火。第二步，制備YTiAl合金三點彎曲試樣；將所述YTiAl用線切割切出3mmX6mmX32mm的三點彎曲試樣。噴丸表面t丁，條f?！队?00#、800#、1000#、1200#、1500#、2000##紙@步打磨試樣表面，然后用丙酮超聲清洗并烘干。第三步，對試樣進(jìn)行噴丸；用壓送式噴丸機(jī)經(jīng)過以下噴丸參數(shù)對材料表面進(jìn)行噴丸不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成85。角，噴丸槍與試樣之間的距離為15cm，噴丸時間為100秒，噴丸強(qiáng)度為0.26Mpa。利用XRD重心法測出噴丸前后的表面殘余應(yīng)力見表2，噴丸后壓應(yīng)力的存在有利于疲勞壽命的增加。表2XRD重心法測得殘余應(yīng)力<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>將上述制的三點彎曲試樣在Instron疲勞飼服機(jī)上進(jìn)行應(yīng)力水平為1600N,1800N，應(yīng)力比R為0.1，正弦波頻率為30Hz的三點彎曲疲勞試驗。測得疲勞壽命見圖5、圖6。可以發(fā)現(xiàn)在1600N的應(yīng)力水平下，噴丸后材料的平均疲勞壽命是未噴丸試樣平均疲勞壽命的6倍；1800N的應(yīng)力水平下，噴丸后材料的平均疲勞壽命是未噴丸試樣平均疲勞壽命的9.5倍。實施例3:—種提高vTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，具體實現(xiàn)步驟如下第一步，制備YTiAl合金；將鑄態(tài)Ti—48at°/。Al—2at。/。Cr—2at。/。NbTiAl進(jìn)行在1250°C，175Mpa，4h，熱等靜壓后的錠子真空90CTC，12h去應(yīng)力退火。第二步，制備YTiAl合金三點彎曲試樣；將所述YTiAl用線切割切出3mmX6mmX32mm的三點彎曲試樣。噴丸試樣表面矛丁磨條^牛采用400弁、800弁、1000弁、1200弁、1500弁、2000弁:g!紙逐步打磨試樣表面，然后用丙酮超聲清洗并烘干。第三步，對試樣進(jìn)行噴丸；用壓送式噴丸機(jī)經(jīng)過以下噴丸參數(shù)對材料表面進(jìn)行噴丸不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成80。角，噴丸槍與試樣之間的距離都為14cm，噴丸時間均為80秒，噴丸強(qiáng)度為0.43Mpa。利用XRD重心法測出噴丸前后的表面殘余應(yīng)力見表3,噴丸后壓應(yīng)力的存在有利于疲勞壽命的增加。表3XRD重心法測得殘余應(yīng)力試樣種類表面殘余應(yīng)力(MPa)(正值-拉應(yīng)力；負(fù)值-壓應(yīng)力)未噴丸試樣65.17噴丸強(qiáng)度為0.38Mpa的試樣-319.59將上述制的三點彎曲試樣在Instron疲勞飼服機(jī)上進(jìn)行應(yīng)力水平為1600N,1800N,應(yīng)力比R為0.1，正弦波頻率為30HZ的三點彎曲疲勞試驗。測得疲勞壽命見圖7、圖8?？梢园l(fā)現(xiàn)1600N的應(yīng)力水平下，噴丸后材料的平均疲勞壽命是未噴丸試樣平均疲勞壽命的2.7倍；1800N的應(yīng)力水平下，噴丸后材料的平均疲勞壽命是未噴丸試樣平均疲勞壽命的3倍。權(quán)利要求1、一種提高γTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，其特征在于包括如下步驟第一步，制備γTiAl合金；將鑄態(tài)γTiAl合金進(jìn)行熱處理和真空去應(yīng)力退火；第二步，制備γTiAl合金三點彎曲試樣；將所述γTiAl用線切割切出三點彎曲試樣；表面打磨后用丙酮超聲清洗并烘干；第三步，對試樣進(jìn)行噴丸；采用壓送式噴丸機(jī)，噴丸參數(shù)不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成80°～90°角，噴丸槍與試樣之間的距離為14～16cm，噴丸時間為80～100秒，噴丸強(qiáng)度為0.26Mpa～0.43Mpa。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種提高YTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，其特征在于步驟三中的噴丸參數(shù)為不銹鋼彈丸直徑為0.25mm,噴丸槍與試樣表面成90°角，噴丸槍與試樣之間的距離為16cm，噴丸時間為90秒，噴丸強(qiáng)度為0.38Mpa。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種提高YTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，其特征在于步驟三中的噴丸參數(shù)為不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成85°角，噴丸槍與試樣之間的距離為15cm，噴丸時間為100秒，噴丸強(qiáng)度為0.26Mpa。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種提高YTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，其特征在于步驟三中的噴丸參數(shù)為不銹鋼彈丸直徑為0.25mm,噴丸槍與試樣表面成80°角，噴丸槍與試樣之間的距離為14cm,噴丸時間為80秒，噴丸強(qiáng)度為0.43Mpa。全文摘要本發(fā)明公開了一種提高γTiAl三點彎曲疲勞壽命的方法，該方法使用壓入式噴丸機(jī)對γTiAl表面進(jìn)行噴丸處理，噴丸參數(shù)不銹鋼彈丸直徑為0.25mm，噴丸槍與試樣表面成80°～90°角，噴丸槍與試樣之間的距離為14～16cm，噴丸時間為80～100秒，噴丸強(qiáng)度為0.26Mpa～0.43Mpa，使得表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于疲勞壽命的增加。該方法可進(jìn)一步發(fā)掘γTiAl金屬間化合物的抗疲勞性能，以滿足高性能燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)發(fā)展要求。文檔編號C22F1/00GK101591758SQ20091008802公開日2009年12月2日申請日期2009年6月29日優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日發(fā)明者玲丁,宮聲凱,徐惠彬,岳馬申請人:北京航空航天大學(xué)