7.喷丸强化与表面完整性对TC21钛合金疲劳性能的

时间：2026-01-18

2 01 2焦

1 2月

机械科学与技术Me c h a n i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y f o r Ae r o s p a c e En g i n e e r i n g

D e c e mb e r 2 01 2 V0 1 . 3 1 No . 1 2

第3 1卷第 1 2期

喷丸强化与表面完整性对 T C 2 1钛合金疲劳性能的影响李世平，刘道新，李瑞鸿，夏明莉，张炜，乔明杰，杜东兴(西北工业大学腐蚀与防护研究所，西安 7 1 0 0 7 2;

李世平

西安飞机国际航空制造股份有限公司，西安

7 1 0 0 8 9 )

摘

要：研究了喷丸强化与表面完整性对 T C 2 1钛合金疲劳性能的影响规律。利用 x射线应力仪、

粗糙度仪、扫描电子显微镜、显微硬度计等分析了喷丸强化对 T C 2 1钛合金表面残余应力场、表面粗糙度、表面形态特征及表面加工硬化的影响作用，探讨了喷丸强化对 T C 2 1钛合金疲劳抗力的作用机制。结果表明：优化工艺参数下的喷丸强化能够显著提高 T C 2 1钛合金的疲劳抗力，然而并不

是喷丸强度越高强化效果越好，而是存在着最佳的喷丸强化参数，此条件下可获得良好的表面完整性，因而疲劳抗力亦高。过高强度的喷丸处理破坏了钛合金的表面完整性，反而损害钛合金的抗疲劳性能。因此，在喷丸强化工艺参数选取时，不宜盲目地追求过高的喷丸强度，而忽视钛合金的表面完整性。

关键词： T C 2 1钛合金；喷丸；疲劳性能；表面完整性；疲劳抗力中图分类号： T G1 7 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 3 - 8 7 2 8 ( 2 0 1 2 ) 1 2 - 1 9 2 1 - 0 6

I n lu f e n c e o f S ho t Pe e n i n g a nd S u r f a c e I n t e g r i t y o n Fa t i g u e Pr o pe r t i e s o f TC2 1 Ti t a n i u m Al l o yL i S h i p i n g ,Li u Da o x i n,L i Ru i h o n g ,Xi a Mi n g l i,

Z h a n g We i ,Q i a o Mi n g j i e ,D u D o n g x i n g( I n s t i t u t e o f C o r r

o s i o n a n d P r o t e c t i o n, N o r t h w e s t e n r P o l y t e c h n i c a l U n i v e r s i t y, X i a n 7 1 0 0 7 2;

X i n a A i r c r a f t I n t e r n a t i o n l a C o r p o r a t i o n, X i n a 7 1 0 0 8 9 )Abs t r a c t:Th e i n lu f e nc e o f s h o t pe e n i n g i n t e n s i t y,a n d s u r f a c e i n t e g it r y o n f a t i g u e p r o p e r t i e s o f TC2 1 t i t a n i u m a l l o y

w a s s t u d i e d t o i mp r o v e f a t i g u e r e s i s t a n c e o f t h e h i g h s t r e n g t h t i t a n i u m a l l o y .T h e i n l f u e n c e o f s h o t p e e n i n g o n B u r -f a c e r e s i d u a l s t r e s s,s u fa r c e r o u g h n e s s,s u fa r c e mo r p h o l o g y a n d s u fa r c e h a r d n e s s wa s s t ud i e d b y us i n g X- r a y d i f - f r a c t i o n a n a l y s i s,s u fa r c e p r o f i l e me a s ur e me nt,s c a n ni ng e l e c t r o n mi c r o s c o p y a n d mi c r o h a r d ne s s i n s t r ume n t,e t c. T he me c ha ni s m o f f a t i g u e r e s i s t a n c e i mp r o v e d b y s h o t p e e n i n g wa s ls a o d i s c us s e d.T h e r e s u l t s r e v e a l t h a t t h e e f f e c t

o f f a t i ue g p r o p e r t i e s c a n b e o b v i o u s l y i mp r o v e d b y o p t i mi z e d s h o t p e e

n i n g p r o c e s s .B u t t h e f a t i g u e p r o p e t r i e s i s n o ta s i mp l e mo n o t o n i c v a r i a t i o n wi t h s h o t p e e ni n g i n t e n s i t y.Th e s u fa r c e i n t e g r i t y a n d f a t i ue g r e s i s t a n c e a r e t he mo s t

o p t i mu m i n a c e t r a i n s h o t p e e n i n g p a r a me t e r s,w h i l e t h e y wi l l b e d e c r e a s e d b y e x o r b i t a n t s h o t p e e n i n g i n t e n s i t y .The r e f o r e,whe n c h o o s i n g s h o t p e e n i n g p a r a me t e r s,i t i s b l i nd e d t o me r e l y p u r s u e e x o r b i t a n t i n t e n s i t y a n d i g no r e t h e s ur fa c e i n t e g r i t y o f me t l a ma t e ia r l s . Ke y wo r ds:TC2 1 t i t a n i u m ll a o y;s h o t p e e ni ng;f a t i ue g p r o p e ty;s r ur fa c e i n t e g it r y;f a t i g u e r e s i s t a n c e

T C 2 1钛合金是近年来我国自主研发的高强、高收稿日期： 2 0 1 1—1 1—1 5 基金项目：国家自然科学基金项目( 5 1 1 7 1 1 5 4 )资助

韧损伤容限型钛合金，具有强度、塑性、断裂韧性之间的良好匹配，且兼顾很好的成型特性，作为飞机结构件材料其综合性能和应用价值明显优于 T C 4传

作者简介：李世平 ( 1 9 8 7一),硕士研究生，研究方向为材料表面工程技术与腐蚀防护， y i z h a n l e e@y a h o o . c o m. c a;刘道新 (联系

统钛合金 l 2 J。然而，与结构钢等金属材料相比，钛合金表面缺口敏感性高，高强度钛合金缺口敏感性

人),教授，博士生导

师， l i u d a o x@n w p u . e d u . c n

更大，由此导致其与疲劳断裂成为影响钛合金航空

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机械科学与技术

第3 1卷

结构件安全应用的重要隐患之一 _ 3 I 4 J。合理的喷丸强化 ( s h o t p e e n i n g, S P )处理能够改善金属材料的表

表 1所示。热处理工艺为 9 1 0 o C保温 2 h,空冷，