一种提高γＴｉＡｌ三点弯曲疲劳寿命的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高γＴｉＡｌ三点弯曲疲劳寿命的方法，该方法使用压入式喷丸机对γＴｉＡｌ表面进行喷丸处理，喷丸参数：不锈钢弹丸直径为０．２５ｍｍ，喷丸枪与试样表面成８０°～９０°角，喷丸枪与试样之间的距离为１４～１６ｃｍ，喷丸时间为８０～１００秒，喷丸强度为０．２６Ｍｐａ～０．４３Ｍｐａ，使得表面产生残余压应力，有利于疲劳寿命的增加。该方法可进一步发掘γＴｉＡｌ金属间化合物的抗疲劳性能，以满足高性能燃气涡轮发动机发展要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料测试
，具体涉及一种提高YTiAll三点弯曲疲劳寿命的方法。
技术介绍
目前，在航空及航天工业领域，为满足航空发动机及工业燃气涡轮机对材料的苛刻要求， 研制了TiAl系合金，Ti-Al系金属间化合物的比重较低，具有较高的使用温度、高温强度、 较好的抗氧化性能、抗蠕变性能和较高的弹性模量，在飞机发动机和火箭推进系统所用的新 一代高温结构材料中以明显的优势而备受研究航空航天材料工作者们的重视，己成为新一代 高温结构材料的研究方向和发展趋势之一。目前钛铝金属间化合物的研究焦点放在YTiAl基合金的研究和开发上。YTiAl基合金作为 侯选的航空用材料，它具有相当低的密度、高的高温强度和蠕变抗力等独特性能，而受到人 们的广泛重视，但是其抵抗疲劳裂纹扩展的能力很低，同时TiAl基合金在很小载荷下就产生 很大程度的损伤，这限制了其在工程上的使用。TiAl疲劳破坏主要起源于试件表面承受应力最大处，通过表面喷丸技术使得高速飞行的 弹丸与合金表面发生碰撞，产生喷丸应变层，在喷丸过程中，由于表面层金属材料的强烈塑 性变形，表面层的应力状态发生了很大变化，即产生很高的残余压应力和微观应力。残余压 应力和微观应力的存在，对TiAl的力学性能产生有利的影响。喷丸变形过程中，TiAl表面层 产生很大的残余压应力，而内部则为拉应力。疲劳裂纹在表面层的形成及扩展的主要原因是 由拉应力而引起的，而表面拉应力的减弱也就意味着零件抗疲劳强度的提高。应力强化的机 制是喷丸所形成的一定深度的残余压应力场不仅可以抑制疲劳裂纹的萌生，而且可以增加裂 纹的闭合效应来减小疲劳短裂纹的扩展速率，甚至出现止裂现象。因为引入的残余压应力可 以抵消外界拉应力对材料的作用，拉应力越小，材料表面微观裂纹周围的应力集中越低，因 此可以抑制裂纹的形成和扩展。喷丸强化引入的残余压应力场可以将疲劳裂纹源由表面驱赶 到次表面层，从而显著提高材料的疲劳寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善现有喷丸技术YTiAl性能的影响，提供一种提高YTiAl三点 弯曲疲劳寿命的方法，该方法使用不锈钢弹丸，通过改变喷丸工艺参数，如弹丸直径、 喷丸枪与试样表面的角度、喷丸枪与试样之间的距离、喷丸时间、喷丸强度，从而获得 三点弯曲疲劳性能最佳的YTiAl。所述的提高YTiAl三点弯曲疲劳寿命的方法通过如下步骤实现 第一步，制备YTiAl合金；将铸态YTiAl合金进行热处理，热处理条件为1250°C， 175Mpa， 4h,热等静压后的 锭子在真空中进行去应力退火处理。第二步，制备YTiAl合金三点弯曲试样；将第一步中制备的YTiAl合金用线切割的方法切出三点弯曲标准试样。 对三点弯曲标准试样进行表面打磨，打磨条件釆用400#、 800#、 1000#、 1200#、 1500#、 2000#砂纸逐步打磨试样表面，然后用丙酮超声清洗并烘干。 第三步，喷丸；釆用压送式喷丸机，喷丸参数不锈钢弹丸直径为0.25mm，喷丸枪与试样表面成80~ 90度角，喷丸枪与试样之间的距离为14 16cm，喷丸时间为80 100秒，喷丸强度 0.26Mpsi 0.43Mpa。对未喷丸试样和喷丸试样进行三点弯曲疲劳寿命测试，三点弯曲实验在Instron疲 劳饲服机上进行，根据国标，三点弯曲试样尺寸比例为1: 2: 8，将应力水平Smax定 在1600N， 1800N ,应力比R为O.l,正弦波频率为30Hz，每个试验点重复三次试 验，发现喷丸后试样的疲劳寿命比未喷丸试样疲劳寿命有了很大的提高。 本专利技术的优点在于(1) 通过喷丸技术有效提髙了YTiAl室温疲劳寿命；(2) 本专利技术提供的喷丸方法相比于众多YTiAl表面改性技术(如激光熔覆，离子注 入，磁控溅射制备涂层等)中成本最低，实验设备最普遍，实验操作最简单。附图说明 图1本专利技术方法的流程图； 图2三点弯曲试样及表面喷丸位置示意图3实施例1中试样喷丸前后应力为水平为1600N弯曲疲劳寿命变化图； 图4实施例1中试样喷丸前后应力为水平为1800N弯曲疲劳寿命变化图； 图5实施例2中试样喷丸前后应力为水平为1600N弯曲疲劳寿命变化图； 图6实施例2中试样喷丸前后应力为水平为1800N弯曲疲劳寿命变化图； 图7实施例3中试样喷丸前后应力为水平为1600N弯曲疲劳寿命变化图； 图8实施例3中试样喷丸前后应力为水平为1800N弯曲疲劳寿命变化具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的一种提高YTiAl三点弯曲疲劳寿命的方法流程如图1所示，通过如下步骤实现，第一步，制备YTiAl合金；将铸态YTiAl合金进行热处理，热处理条件为1250°C, 175Mpa， 4h,热等静压后的 锭子在真空中进行去应力退火处理。第二步，制备YTiAl合金三点弯曲试样；将第一步中制备的YTiAl合金用线切割的方法切出三点弯曲标准试样。 对三点弯曲标准试样进行表面打磨，打磨条件采用400弁、800#、 1000#、 1200#、 1500#、 2000#砂纸逐步打磨试样表面，然后用丙酮超声清洗并烘干。 第三步，对试样进行喷丸；采用压送式喷丸机，喷丸参数不锈钢弹丸直径为0.25mm，喷丸枪与试样表面成80~ 90度角，喷丸枪与试样之间的距离为14 16cm,喷丸时间为80 100秒，喷丸强度 0.26Mpa 0.43Mpa。实施例 1 : 一种提高vTiAl三点弯曲疲劳寿命的方法，具体实现步骤如下第一步，制备YTiAl合金；将铸态YTiAl进行在1250。C，175Mpa，4h的热处理，热等静压后的锭子真空900°C， 12h去应力退火。第二步，制备YTiAl合金三点弯曲试样；将所述YTiAl合金用线切割切出3mmX6mmX32mm的三点弯曲试样，见图2。 喷丸表面打磨条f牛采用400弁、800#、 1000#、 1200#、 1500#、 2000弁砂纸逐步打 磨试样表面，然后用丙酮超声清洗并烘干。 第三步，对试样进行喷丸；用压送式喷丸机经过以下喷丸参数对材料表面进行喷丸不锈钢弹丸直径为0.25mm， 喷丸枪与试样表面成90。角，喷丸枪与试样之间的距离为16cm，喷丸时间为90秒，喷丸强 度为0.38Mpa。喷丸位置如图2所示。利用XRD重心法测出喷丸前后的试样表面残余应力如表1所示，喷丸后试样表面残余 应力为压应力，压应力的存在有利于疲劳寿命的增加。表l XRD重心法测得残余应力试样种类表面残余应力(MPa) (正值-拉应力；负值-压应力)未喷丸试样65.17喷丸强度为0.38Mpa的试样-335.67将上述制的三点弯曲试样在Instron疲劳饲服机上进行应力水平为1600N， 1800N， 应力比R为0.1 ，正弦波频率为30Hz的三点弯曲疲劳试验。测得疲劳寿命见图3、图4所5示，在应力水平为1600N, 1800N条件下，喷丸后材料的平均疲劳寿命是未喷丸材料平均 疲劳寿命的7倍。实施例 2 : —种提高vTiAl三点弯曲疲劳寿命的方法，具体实现步骤如下 第一步，制备YTiAl合金；将铸态YTiAl进行在1250。C，175Mpa，4h，热等静压后的锭子真空900 。C, 12h去应力退火。第二步，制备YTiAl合金三点弯曲试样；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高γＴｉＡｌ三点弯曲疲劳寿命的方法，其特征在于包括如下步骤：　第一步，制备γＴｉＡｌ合金；　将铸态γＴｉＡｌ合金进行热处理和真空去应力退火；　第二步，制备γＴｉＡｌ合金三点弯曲试样；　将所述γＴｉＡｌ用线切割切出三点弯曲试样；　表面打磨后用丙酮超声清洗并烘干；　第三步，对试样进行喷丸；　采用压送式喷丸机，喷丸参数：不锈钢弹丸直径为０．２５ｍｍ，喷丸枪与试样表面成８０°～９０°角，喷丸枪与试样之间的距离为１４～１６ｃｍ，喷丸时间为８０～１００秒，喷丸强度为０．２６Ｍｐａ～０．４３Ｍｐａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宫声凯，丁玲，马岳，徐惠彬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]