钛合金薄壁构件激光冲击残余应力稳定性研究

何卫锋¹，李翔¹，聂祥樊^1,2，李应红¹，罗思海¹

1. 空军工程大学等离子体动力学重点实验室2. 华东理工大学机械与动力工程学院

摘 要：针对航空发动机压气机薄叶片激光冲击后残余压应力的严重松弛问题,对TC11钛合金薄壁试件激光冲击后进行轴向拉-拉疲劳实验和真空保温处理,通过X射线衍射测试获得疲劳载荷和热应力载荷作用下的应力松弛规律,并分析松弛机理。实验结果表明:疲劳载荷(最大应力σ_max=500 MPa,应力比R=0.1)作用下表面残余压应力松弛了53%,前5次循环占了95%,且表面松弛程度和严重松弛深度都随疲劳载荷增大而增大,其松弛机理是局部材料发生塑性变形而引起的应力场重新分布。在200、300和400℃下恒定保温120 min后,表面残余压应力分别松弛了3%、29%和48%,而在200℃+400℃和300℃+400℃交替保温120 min后分别松弛了18%和58%,松弛均发生在前60 min内,且严重松弛深度随温度呈现相同变化规律,其松弛机理是热应力激活位错、晶界等进行运动和消亡而导致塑性回复。由于松弛机理不同,疲劳载荷与热应力载荷复合作用下应力松弛呈现出叠加效应。

关键词：薄壁构件;激光冲击强化;X射线衍射;疲劳载荷;热应力载荷;应力松弛;松弛机理;