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钛合金是海洋、航天工程中常用的金属材料,服役环境对其抗氢脆性能提出了更高的要求。目前常采用表面改性方法来提高其表面机械性能。激光喷丸是利用激光冲击波效应在合金表层引入残余压应力从而实现表面改性的一项新技术,其具有强化效果更优、可控性强且加工更为柔性化等优点。本文以典型TC4钛合金为研究材料,开展激光喷丸及电解充氢试验,通过研究激光喷丸对TC4钛合金充氢前后表层显微硬度、微观组织、拉伸力学性能及宏观微观断口形貌的影响,探讨激光喷丸TC4钛合金抗氢脆机理,其核心研究内容如下:(1)从理论上分析了激光冲击波作用于合金表面的强化机理,研究了TC4钛合金在高应变率强烈塑性变形条件下的微观结构响应机理,制定激光喷丸TC4钛合金的喷丸路径和试验参数,揭示了氢扩散行为及其影响因素,探讨了激光喷丸抗氢脆机理。(2)比较了喷丸与未喷丸TC4钛合金在电解充氢前后微观组织和显微硬度的差异。根据激光喷丸强化引入残余压应力分布原理,分析激光喷丸对氢渗透影响机制。结果显示:激光喷丸在TC4钛合金表层引入幅值较大的残余压应力,并使TC4钛合金表层晶粒细化,电解充氢过程中进入试样的氢浓度随晶粒尺寸的减小而降低,合金氢脆敏感性降低;激光喷丸后合金的硬度提高,经电解充氢处理后出现氢致硬化现象,并且随着激光功率密度增加,氢致硬化率增速趋缓,激光喷丸受氢的影响变小,激光喷丸提高了TC4钛合金抗氢脆性能。(3)对喷丸与未喷丸的TC4钛合金在电解充氢前后进行室温慢拉伸试验,研究其力学性能变化。试验结果表明:激光喷丸提高了TC4钛合金抗拉强度及延伸率,并且随激光功率密度的增加,其抗拉强度及延伸率也增加;经电解充氢处理后,TC4钛合金抗拉强度及延伸率均降低,并且随激光功率密度的增加,氢致延伸率损失降低,TC4钛合金氢脆敏感性随激光功率密度的提高逐渐减小。观察试样断口形貌,发现其微观断口均为典型韧窝形貌,激光喷丸后韧窝更深且更大并且均匀,显示出更好的韧性;经电解充氢处理后,未喷丸的TC4钛合金出现准解理断裂,韧性变差,但喷丸后的TC4钛合金依然呈现出较好的韧性。