飞机导向器搭耳激光冲击强化理论与工艺研究

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发动机导向器搭耳作为飞机发动机最重要的零部件之一,当它处于高速转动的工作模式时,会经受高温、高压、燃油腐蚀、振动载荷、离心载荷、热载荷交互作用,零部件容易整体报废,然而它还必须要求具有高耐用性和高可靠性。由于搭耳的形状特殊厚度轻薄,它的圆弧区域易发生疲劳断裂失效,搭耳焊接在导向器侧边不能够单独取下进行修复操作,一旦疲劳断裂失效将直接影响导向器的正常工作运转。因此如何能够提高它的安全性和耐用性已经成为目前迫在眉睫的问题。目前零件表面加工技术有多种,传统技术有机械喷丸、低塑性滚光、滚压等都能够在一定程度上提高零件性能,而激光冲击强化技术作为一种新型的表面加工技术能够更大程度提升零件的疲劳强度,对于工业应用具有重要意义。本文以飞机导向器搭耳零件作为研究对象,开展GH3039高温合金材料级的理论和激光冲击强化实验研究,以表面完整性、力学性能为测试指标,通过不同工艺参数(激光冲击次数、激光脉冲能量、激光光斑直径)检测对GH3039高温合金的影响。本文从以下开展研究:(1)以飞机发动机导向器搭耳重要材料GH3039高温合金试样块(24*24*5mm)为研究对象,开展激光冲击GH3039试样块强化处理实验,以表面显微硬度、表面粗糙度以及表面三维形貌作为测试指标,研究激光不同工艺参数(激光冲击次数、激光脉冲能量以及激光光斑直径)激光冲击GH3039高温合金强化处理后的表面完整性变化。当激光冲击次数和激光脉冲能量增加时,GH3039试样块表面显微硬度、表面凹坑深度、表面粗糙度数值相应增大;当经过3次激光冲击时,显微硬度值最大为310.2HV,表面粗糙度数值随着表面凹坑深度的增加而增加,但增量较小;当激光光斑直径增大时,GH3039试样块显微硬度降低,致此原因是光斑尺寸变大从而激光功率密度降低,导致激光诱导的冲击波压力变小。(2)研究激光冲击强化处理GH3039高温合金组织性能的热稳定性。探究残余应力对抗疲劳性能的作用,分别测试高温保持前后激光不同工艺参数(冲击次数,激光能量以及光斑直径)激光冲击强化GH3039试样块的残余应力数值,通过测试结果对比分析残余应力的热松弛现象。当激光冲击次数和激光脉冲能量增加时,试样件的残余压应力数值也相应增大;当经过3次激光冲击时,残余压应力值最大为433.0MPa,说明激光冲击强化能够增加GH3039高温合金的抗疲劳强度;相比高温保持前经过高温保持后的方形试样块残余压应力数值降低,但仍然高于未冲击试验块,说明激光冲击强化GH3039试样块后残余应力热松弛较小,具有一定残余应力热稳定性。(3)研究激光冲击强化处理GH3039高温合金的拉伸性能。对GH3039拉伸件进行拉伸实验;观察激光不同工艺参数(激光冲击次数、单双面冲击、激光脉冲能量)激光冲击强化处理后GH3039拉伸试样件断口形貌,分析断口断裂方式以及对比不同参数试验下断口变化特性;分析激光不同工艺参数对激光冲击强化GH3039试样件的拉伸性能影响。随着激光冲击次数、激光脉冲能量的增加,GH3039拉伸试样件的抗拉强度也随之提升,延伸率随之降低。当经过3次激光冲击时,抗拉强度为660.1MPa,延伸率为51.65%;断口韧窝密度更集中、分布更均匀、尺寸更小、深度更浅。
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