喷丸对激光辅助成形铝合金样件拉-拉疲劳性能的影响

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaJuIy252011VcIL32NO．71351-1356ISSN1000-6893CN11—1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．eI加．cnhkxb@buaa．eI由．cn文章编号：1000一6893(2011)07—1351一06喷丸对激光辅助成形铝合金样件拉一拉疲劳性能的影响王明星*，陈光南，彭青中国科学院力学研究所，北京100190摘要：为了研究激光辅助成形样件的疲劳性能及喷丸处理的作用规律，以2024铝合金板材为对象，对原始、激光辅助成形以及激光辅助成形后再喷丸等样件的微观组织、显微硬

2、度、残余应力和拉一拉疲劳性能进行了对比分析研究。结果表明：激光辅助成形后，样件的组织和微结构未发现明显变化，但其硬度和残余拉应力水平有所下降；喷丸处理的激光蔺助成形样件表层组织改变、显微硬度提高、其拉一拉疲劳寿命显著提高，不仅高于激光辅助成形样件，也高于初始样件。关键词：铝合金；疲劳；激光；喷丸；微观组织；残余应力中图分类号：V261；TGl46．2文献标识码：A筋条与蒙皮一体化复杂薄壁结构的工程应用日益广泛，譬如飞机的整体壁板、火箭的整体燃料箱、船舶的船舷和甲板以及汽车的覆盖件等[1∞]。由于成形困难以及结构完整性和服役安全性要求严格(不允许出现屈曲和微裂纹等变形损伤)[4]，

3、复杂薄壁结构工件的成形问题成为大飞机制造等工程领域的关键难题和研究热点。目前，解决这类零件成形难题的主要方法是时效[5]成形和喷丸[61成形。时效成形方法的成形能力强，精度高，但模具成本高、准备周期长、且需要有足够尺寸的热压罐以满足大型结构件的长时间时效[7]。喷丸方法能在成形的同时使零件表面变形强化，但由于其成形能力相对较小(无模喷丸的成形能力更低)，因此难以成形大尺寸高筋条整体壁板零件[8]。激光辅助成形[9。1]方法为解决上述难题提供了新的途径。该方法的基本原理是：通过三点弯曲或模具弯曲对工件施加弹性弯曲载荷，在不影响材料组织和微结构的前提下，以一定强度的激光束按一定路径扫

4、描工件的弹性能集中区域，通过降低该区域材料的屈服极限和塑性变形能力，促使弹性变形能转化为塑性功实现工件塑性成形。初步研究结果表明[121：激光辅助成形具有成形效率高、能耗低的特点，对板材及高筋条薄壁结构件具有良好的成形能力。本文的主要目的是：研究激光辅助成形样件的疲劳寿命以及喷丸处理的作用规律，为激光辅助成形[910]以及激光辅助加喷丸成形技术[11]的工程应用提供依据。以常用航空材料2024铝合金板材为对象，分别对原始、激光辅助成形和激光辅助成形后再喷丸等3种不同状态的样件进行微观组织分析、显微硬度测试、残余应力测定和拉一拉疲劳实验，研究了激光辅助成形及喷丸对铝合金样件疲劳性能

5、的影响规律及影响因素。收稿日期：2010·10-27；退修日期：2010-11．24：录用日期：2011-01—06：网络出版时间：2011—04．2611：”：34网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110426．1111．002．htmID0l：cNKI：11—1929／v．20110426．1111．002基金项目：国家自然科学基金(50901084，10872199)；中国博士后科学基金(20090460537)*通讯作者．Tel．：010-82544269E-mail：mingxIn口1185@yahoo．com．∞孽

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7、捧罄武li爨星．睬光南．彭青．喷丸对激光辅助成形铝台叠样停拉-拉菝劳性能的影响[J-．航空学报．2011．32(7)：’35’-1356．wangMingxIng，chenGu醐鲫an，P翩gQing．Inf

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14、．32(7)l1351—1356．1352航空学报July252011V01．32NO．71实验材料及方法1．1试样成分及加工路线

15、实验选用航空工业最常用的包铝2024一T4铝合金板材，板材厚度为2．omm，包铝层厚度为o．1mm，合金的化学成分如表1所示。合金热处理状态为固溶+自然时效，其常规力学性能为抗拉强度crb一464MPa，屈服强度乱。一35lMPa，延伸率e一19．8％。试样加工路线为．车L制板材剪板至外形尺寸200mm×200mm×2mm一对板材样件进行激光辅助成形一采用线切割在激光辅助成形后的铝板上切取疲劳试样一部分试样表面喷丸处理一疲劳实验及其他实验。表12024一T4铝合金试样化学成分Ta