增材制造γ–TiAl合金超声喷丸表面完整性数值及试验分析

为探究超声喷丸对增材制造γ–TiAl合金表面完整性的影响特性，验证有限元数值模型的可行性，以电子束熔化制备的γ–TiAl合金试样为研究对象，建立超声喷丸三维有限元模型，对不同喷丸参数下试样表面粗糙度及应力场分布进行仿真分析。采用不同喷丸参数对试样表面进行0.15 A、0.25 A两种喷丸强度的超声喷丸试验，揭示喷丸工艺对电子束熔化γ–TiAl合金微观形貌、残余应力分布、表面粗糙度及显微硬度等表面完整性的影响规律，验证仿真模型的有效性。结果表明，超声喷丸处理后，试样表层晶粒尺寸得到细化，产生了由表层至深层的晶粒尺寸梯度变化，形成了约150～250μm深的残余压应力层；此外，相同弹丸直径下，提高喷丸强度可显著增加试样表面粗糙度均值的分布，相同喷丸强度下，增加弹丸直径可有效降低试样表面粗糙度；超声喷丸试样表面显微硬度相对未喷丸试样表面（305HV）提高显著，最大显微硬度均出现在距离表层最近的测量点位置，其影响层深度可达300～500μm。