摘要
超声喷丸是通过换能器将正弦波转换成机械能，通过一定数量的弹丸对金属材料表层进行击打，使得材料表层产生塑性变形、出现晶粒细化、引入残余压应力，从而优化金属材料综合性能的加工工艺。铝合金具有密度低、强度高等优点，常用于汽车制造与航天航空结构件上，但受其工作环境与服役时间等各种因素影响，铝合金耐蚀特性和表面特性无法满足实际应用要求，会出现锈蚀和裂纹，改善铝合金的表面特性具有科研及生产实际意义。本课题以6061-T6铝合金为研究对象，利用实验及数值计算等方法，通过超声喷丸技术改变铝合金表面组织结构，分析了铝合金的表面特性、力学性能及耐蚀性。主要内容与结论如下: （1）铝合金在超声喷丸强化下相关表面性能变化，将6061铝合金进行超声喷丸处理，通过金相实验观察到超声喷丸后试样晶粒的细化。其表面性能实验结果表明:随着喷丸时间增加，粗糙度逐渐下降、硬度显著提高、表面残余应力提升明显。 (2）使用有限元软件，建立单次喷丸撞击与多次喷丸撞击模型，结果表明:单次喷丸撞击模型的粗糙度为404.3 μm,多次喷丸撞击模型的粗糙度为22.7 μm，这是因为在多次喷丸撞击下，弹丸之间的相互挤压以及凹坑之间的重叠连接现象会使得粗糙度大幅下降;多次喷丸撞击下产生了一定厚度的残余压应力强化层，并且最大残余拉应力相对单次喷丸撞击下降了 23.52％,这与弹丸和弹丸之间的相互作用有关，并且一定程度的残余压应力厚度层会抵消部分残余拉应力。 （3）通过中性盐雾腐蚀实验研究了表面性能对其耐蚀性的综合影响，通过称重、扫描电镜、粗糙度及硬度等实验研究，结果表明:喷丸270 s试样耐蚀性最好，喷丸90 s试样耐蚀性最差，并且腐蚀后粗糙度逐渐升高，硬度逐渐下降，经过理论分析认为:粗糙度越大，盐雾与实际表面接触面积越多，越利于腐蚀;硬度越高会促进电化学活性，也会促进腐蚀;残余应力增大会推迟局部H+进入，从而抑制腐蚀。 （4）通过多组实验对比分析了试样在不同时间、温度、浓度下的力学性能变化，根据力学性能变化研究了超声喷丸对铝合金耐蚀性的增强机理。结果表明:温度对试样屈服强度影响最大，相对于25℃的腐蚀条件试样，屈服强度下降了 3.32％;浓度对试样抗拉强度影响最大，相对于3.5％ NaCl浓度的腐蚀条件试样，抗拉强度下降了1.08％;温度对试样延伸率影响最大，相对于25℃条件试样，延伸率下降了 4.91％。
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