激光喷丸强化 Ti-6Al-4V 航空钛合金疲劳裂纹扩展性能讨论Research on Fatigue Crack Growth Property of Ti-6Al-4V Aerospace Titanium Alloy Treated by Laser Peening摘要激光喷丸强化技术（Laser Peening, LP）是一种新型的材料表面强化技术，其利用高功率短脉冲激光束与材料表面相互作用产生的高幅值冲击波压力使材料表面发生塑性变形、晶粒细化、高密度位错，并在材料表面产生比传统机械喷丸更深的残余压应力层来显著提高材料的抗疲劳特性，能有效延长航空发动机关键零部件的疲劳寿命，降低其疲劳裂纹扩展速率，在航空航天等领域有广泛的应用。本文以线弹性断裂力学与弹塑性断裂力学理论为基础，以 Ti-6Al-4V 航空钛合金为讨论对象，将试验讨论与有限元分析验证相结合，对激光喷丸强化航空钛合金薄板件后的残余应力分布与疲劳裂纹扩展性能进行了系统的讨论，主要工作集中在以下几点：分析了 Ti-6Al-4V 航空钛合金薄板件激光喷丸后残余应力场的分布情况，讨论了激光喷丸诱导残余应力场对 Ti-6Al-4V 航空钛合金薄板件疲劳裂纹扩展性能的影响；基于线弹性与弹塑性断裂力学理论，探讨了激光喷丸诱导残余应力场作用下裂纹尖端应力强度因子 ΔK 的变化情况与疲劳裂纹扩展速率和疲劳寿命分布。利用高功率 Nd:YAG 固体激光器激光喷丸平台对 Ti-6Al-4V 航空钛合金紧凑拉伸试样（Compact Tension, CT）与单联中心孔试样进行了不同激光功率密度、不同喷丸覆盖率与不同喷丸轨迹激光喷丸强化，并使用 X 射线衍射仪对裂纹扩展沿线残余应力场分布情况进行测定。利用 MTS-809 电液伺服材料测试系统进行疲劳裂纹扩展试验，讨论激光喷丸后 Ti-6Al-4V 航空钛合金试样疲劳裂纹扩展速率与疲劳寿命，结果表明激光喷丸能够有效降低钛合金疲劳裂纹扩展速率，大幅提高其疲劳寿命。采纳扫描电子显微镜(ScanningElectronMicroscope, SEM)分析了 CT 试样与单联中心孔试样疲劳断口形貌，观察结果表明，在疲劳裂纹扩展源区具有细微疲劳条带，疲劳裂纹扩展稳定区有明显的疲劳条带特征，疲劳条带间距会随着疲劳裂纹的扩展逐步增大，疲劳裂纹瞬断区呈现大量韧窝特征，随着激光喷丸工艺参数的变化，韧窝形貌会有相应变化，从微观结构上分析了激光喷丸强化对航空钛合金材料延寿机理。以有限元分析软件 ABAQUS 与 MSC.Fatigue 为平台，建立了激光喷丸强化Ti-6Al-4V 航空钛合金疲劳裂纹扩展性能的有限元模型，对不同激光功率密度下和...
