38CrMoAl钢喷丸预处理与稀土催渗等离子多元共渗复合工艺研究

目的探索38CrMoAl喷丸预处理与稀土离子多元共渗复合强化新工艺的效果及其机理。方法通过设计正交实验筛选出最优处理工艺,在最优工艺参数条件下进行对比试验,分别测定渗氮后各试样的表面硬度及渗层厚度,观察其金相组织,利用SEM和能谱分析研究每组试样渗氮层的性能及产生原因。结果 38CrMoAl钢喷丸预处理与稀土催渗离子多元共渗的最优工艺参数为:渗氮温度540℃,氨气流量2.0 L/min,保温时间9 h。38CrMoAl钢试样的最大硬度为1221HV,渗层厚度为355μm。38CrMoAl钢试样的金相显微组织分析表明,喷丸预处理、稀土催渗对等离子多元共渗有促进作用,两者复合工艺的多元共渗作用效果大于单一稀土催渗和等离子多元共渗工艺。38CrMoAl钢试样渗层的能谱检测结果显示,复合处理工艺与单一处理工艺相比,在同一深度渗入的氮、碳、氧元素含量以及渗层深度均有明显提高。结论喷丸预处理与稀土催渗离子多元共渗工艺优于普通多元共渗和稀土多元共渗,喷丸和稀土的复合处理可以显著增强渗层厚度和渗入元素含量,有利于材料表面性能的提升。     

热锻模表面喷丸及多元氮碳共渗复合强化工艺

分别采用喷丸处理、多元氮碳共渗及喷丸+多元氮碳共渗复合强化处理三种方法对5CrNiMo钢试样及其热锻模具进行了表面处理,采用金相显微镜、显微硬度测试仪以及高速往复微摩擦试验机等对5CrNiMo钢试样的强化层组织、显微硬度以及摩擦磨损性能进行了对比分析。结果表明,喷丸加多元氮碳共渗复合强化处理得到的渗氮白亮层的平均厚度比只经多元氮碳共渗的增加了一倍,渗层深度增加2倍,工件表面显微硬度也提高了85 HV0.5左右,同时其摩擦磨损性能也得到了显著改善。通过模具现场使用表明,采用喷丸加渗氮复合表面强化的热锻模具的使用寿命比没经喷丸预处理的提高了29%,复合处理效果显著。     

H13钢激光硬化与离子多元共渗复合强化层性能研究

对H13钢进行激光硬化与离子多元共渗复合处理,并对其渗层组织、显微硬度及摩擦磨损性能进行分析,对复合强化机理进行探究。结果表明:H13钢激光硬化与离子多元共渗复合处理后的试样硬度和耐磨性都优于单一离子多元共渗处理。     

高频淬火和多元共渗处理对38CrMoAl钢性能的影响

以38CrMoAl钢为对象,研究了高频淬火、离子多元共渗处理以及二者复合处理工艺参数对材料性能的影响。对试样表面硬度与硬度梯度进行了测试及显微组织观察。结果表明:在频率20kHz、加热功率35kW、加热时间6 s时,38CrMoAl钢试样淬火效果最佳。经过高频淬火与离子多元共渗复合工艺处理试样表面硬度明显优于单一多元共渗处理的试样表面硬度,高频淬火可以显著提高渗氮效果。经过高频淬火预处理的试样,离子多元共渗(525℃保温6h)效果最好。     

Cr4M04V轴承钢喷丸与等离子体基升温注渗耦合强化效应

采用喷丸和等离子体基高温氮离子注渗对Cr4Mo4V钢进行了复合表面强化处理,研究了强化层中氮离子浓深分布和残余应力深度分布.结果表明,相对于单一注渗处理和喷丸强化试件,复合处理试件表面氮浓度、扩散深度、表面压应力幅值和深度都大幅提高,表明喷丸和注渗处理之间存在耦合效应.     

Cr4Mo4V轴承钢喷丸与等离子体基升温注渗耦合强化效应

采用喷丸和等离子体基高温氮离子注渗对Cr4Mo4V钢进行了复合表面强化处理,研究了强化层中氮离子浓深分布和残余应力深度分布。结果表明,相对于单一注渗处理和喷丸强化试件,复合处理试件表面氮浓度、扩散深度、表面压应力幅值和深度都大幅提高,表明喷丸和注渗处理之间存在耦合效应。     

循环N/C/O/S离子共渗对316Ti钢组织及耐腐蚀性的影响

采用常规离子渗氮、循环离子渗氮、循环N/C/O共渗及循环N/C/O/S共渗四种不同工艺分别对316Ti不锈钢铆钉进行处理,并对试样进行表征,分析了循环渗氮工艺及共渗元素C,O和S对316Ti钢渗层组织及耐腐蚀性的影响。结果表明:与常规离子渗氮相比,循环渗氮的试样渗层更深,耐腐蚀性基本不变;N/C/O共渗中,C和O元素的加入有利于提高渗层深度并抑制CrN的析出,降低基体表面贫Cr程度,提高处理后试样的耐腐蚀性;共渗介质中加入S元素,会降低共渗试样的耐腐蚀性。     

激光喷丸与机械喷丸复合强化对2124-T851铝合金疲劳寿命的影响

目的 研究激光喷丸(LSP)、机械喷丸(SP)及其复合强化(LSP+SP)对2124-T851铝合金四点弯曲疲劳寿命的影响.方法 激光喷丸强化的脉冲激光能量为6 J,脉冲宽度为20 ns,光斑直径为2 mm,半圆搭接.喷丸强化采用直径为0.3 mm的陶瓷弹丸,喷丸压力为0.2 MPa,喷丸覆盖率大于100％.采用X射线衍射的方法测定强化层的残余应力.采用显微硬度仪测定显微硬度.在MTS伺服试验机上测定试样四点弯曲疲劳寿命.使用扫描电子显微镜观察疲劳试样断口.采用列表梯形法分析计算试样的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,分析机械喷丸和激光喷丸强化层性能对疲劳寿命的影响.结果 LSP+SP试样残余应力场和硬度场近表层的数值与SP试样相近,表面残余应力为–260 MPa,表面硬度为178HV.LSP+SP试样残余压应力场和应变硬化场深度与LSP试样相近,可达3 mm以上.与未强化(AR)试样相比,SP、LSP和LSP+SP试样的平均疲劳寿命分别提高了214％、217％和312％.结论 喷丸强化的显著应变硬化作用提高了SP试样和LSP+SP试样的裂纹萌生寿命,激光喷丸强化引入的深层残余压应力场提高了LSP和LSP+SP试样的裂纹扩展寿命,LSP+SP复合强化兼具SP和LSP工艺的疲劳寿命强化作用.     

42CrMo钢的钛催渗等离子渗氮工艺

研究了不同渗氮时间下钛元素对42CrMo钢常规离子渗氮工艺的作用效果,表征分析了不同渗氮工艺下试样表面的渗层组织及性能。结果表明,钛催渗离子渗氮试样的表面硬度和渗层深度均明显高于常规离子渗氮。在535℃×3 h的工艺条件下,钛催渗离子渗氮试样渗层的表面硬度达到887.4 HV0.2,渗氮层厚度约为400μm。钛元素的加入促进了氮元素的渗透和扩散,在试样表面生成高硬度化合物TiN。相较于相同保温时间下的常规离子渗氮,钛催渗离子渗氮试样表面硬度提高了60 HV0.2,渗层厚度增加了80μm,渗氮效率提升了约25%。与常规离子渗氮相比,钛催渗离子渗氮工艺具有显著优势,不仅有利于改善渗层组织性能,增强渗氮效果,还提高了渗氮效率,使渗氮周期明显缩短。     

喷丸强化对渗氮40Cr和30CrMo钢疲劳性能的影响

对40Cr和30CrMo钢进行渗氮、喷丸等单一强化和渗氮后喷丸的复合强化处理,测定了钢件表层的残余应力与显微硬度,采用升降法确定了1×10 7循环周次下的疲劳强度.结果表明,渗氮、喷丸和渗氮 喷丸表面强化均可提高40Cr和30CrMo钢疲劳强度,但渗氮后喷丸复合强化的效果最佳.对疲劳试样的断口分析表明,调质未表面强化试样的疲劳裂纹源于表面,而强化试样的疲劳裂纹源于强化层下的次表层.     

喷丸预处理对Ti6Al4V合金低温等离子体氮化的影响

为改善钛合金表面耐磨性能,同时达到防止薄壁零部件变形和节约能源的目的,以Ti6Al4V钛合金为对象,研究了喷丸强化预处理对钛合金低温渗氮层及耐磨性的改善作用。结果表明,喷丸强化预处理能够有效促进钛合金表面低温离子渗氮过程,在500 ℃低温渗氮试验条件下,随着喷丸预处理强度的增大,钛合金渗氮效率逐步提高,渗氮层的表面硬度、承载能力和表观韧性逐步增加,使得渗氮层的耐磨性能逐步提高。当喷丸预处理强度增加到0.25 mmA时,Ti6Al4V钛合金渗氮层的表面硬度比单纯渗氮处理试样提高32.7%,磨损率降低42.3%,使钛合金基体的磨损率降低70.5%,较好地实现了喷丸预处理促进钛合金低温离子渗氮的目标。     

喷丸对马氏体耐热钢高温蒸汽氧化行为的影响

利用高温蒸汽氧化试验装置对比研究P92、G115钢以及喷丸的G115钢的高温蒸汽氧化行为,结果表明,这3个试样的650 ℃蒸汽氧化动力学曲线符合ΔW＝ktⁿ规律。相同蒸汽氧化时间下G115钢的氧化质量增加远小于P92钢,主要是因为G115钢中富Cr层的形成和富Cu相在氧化层界面的析出。经喷丸处理的G115钢氧化质量增加小于未喷丸的G115钢,喷丸后的G115钢表面产生大量塑性变形,从而引入高密度的位错和滑移带,且内壁马氏体板条发生碎化,马氏体板条界增多。大量增加的滑移带、位错及马氏体板条界为Cr元素向表面扩散提供了通道,加快了基体中Cr元素向表面的扩散速度,是提高抗蒸汽氧化性能的主要原因。     

Investigation on the surface layer characteristics of shot peened titanium matrix composite utilizing X-ray diffraction

The surface layer characteristics of shot peened (TiB + TiC)/Ti–6Al–4 V composite are investigated using X-ray diffraction line profile analysis. The structural breadth, domain sizes, microstrain and dislocation densities of the matrices and composite are obtained. The results show that the domain sizes are refined after shot peening, and the dislocation densities are increased sharply in the near surface layer, which result from the high kinetic energy of shot balls in the process of shot peening. Comparing with the calculated results of the matrices and composite, it can be found that the microstructure variations of matrices are more severe than composite's, which is ascribed to the effect of reinforcements' resistance to the surface layers' deformation. Besides, the distributions of residual stresses and microhardness with different shot peening intensities and reinforcement volume fractions have been discussed, and the effects of reinforcements and shot peening intensities have been indicated. According to above detailed discussions, the results reveal that shot peening is an essential process of improving the surface properties of titanium matrix composite.     

喷丸结合振动光整加工工艺对钛合金疲劳性能的影响

目的提高钛合金的疲劳性能。方法采用喷丸结合振动光整加工工艺对TC4钛合金进行了表面加工处理。对未加工试样、经过喷丸处理后的试样和经过喷丸与振动光整加工工艺处理后的试样,分别进行了表面粗糙度、表面层残余应力测试,并对三种状态下的试样进行了旋转弯曲疲劳试验。对比了不同工艺处理后试样的表面粗糙度、表层残余应力及疲劳强度。结果与喷丸工艺相比,采用喷丸结合振动光整加工工艺对试样进行处理后,试样的表面残余压应力值提高了39 MPa,残余压应力峰值、残余压应力层的厚度略有降低。喷丸结合振动光整加工工艺在不明显改变试样残余压应力场的条件下,使试样的表面粗糙度得到大幅降低。疲劳试验结果表明,喷丸工艺使TC4钛合金的疲劳强度提高了16.3%,喷丸结合振动光整加工工艺使TC4的疲劳强度提高了23.8%,比喷丸后TC4钛合金的疲劳强度高出7.5%。结论在喷丸工艺的基础上,喷丸结合振动光整加工工艺通过改善TC4钛合金的表面完整性,使TC4钛合金的疲劳强度得到进一步提高。     

7050铝合金表面亚微米晶层摩擦磨损性能

采用增压喷丸方式在7050铝合金表面制备了亚微米晶层,观察并分析了亚微米晶层的组织结构,测试了喷丸前后的硬度,研究了亚微米化前后以及亚微米化后经退火处理3种状态下7050铝合金表面的滑动磨损特性,结果表明:由于增压喷丸使7050铝合金表面发生了严重的塑性变形而形成了一层厚度为30~40μm的亚微米晶层,硬度比未喷丸材料提高了2倍,喷丸后材料的磨损失重量明显减少,约为未喷丸处理试样的一半,特别是喷丸后经过退火的材料磨损量更小,表现出良好的耐磨性能。     

等离子渗氮与喷丸强化复合改进钛合金抗微动损伤性能

利用直流脉冲等离子电源装置对Ti6A14V钛合金表面渗氮处理,研究了渗氮层的相组成、硬度分布、韧度及摩擦学性能,采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理,以达到联合提高钛合金微动疲劳(FF)抗力的目的.研究结果表明:脉冲电源等离子技术可在钛合金表面获得由TiN、Ti2N、Ti2A1N等相组成的渗氮层,该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力,但降低了基材的FF抗力.渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金FF抗力超过了SP单独作用.提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要.     

疲劳载荷对17CrNiMo6喷丸强化层残余应力与组织的影响

高强度渗碳钢17CrNiMo6常用喷丸强化工艺来改善抗疲劳性能,但疲劳载荷会使喷丸强化层的残余应力与组织发生改变,削弱了强化效果。采用X射线衍射方法研究了其残余应力、半高宽和残余奥氏体随疲劳载荷周次的变化规律,同时研究了喷丸前后表面形貌、硬度和组织的变化。结果表明,喷丸与二次喷丸强化层残余应力场在疲劳载荷前100周次内发生了应力松弛,松弛幅度分别为50%与33%,之后基本保持稳定。半高宽随载荷周次的增加分别下降了5%与7%,而残余奥氏体含量变化不大。此外,喷丸处理增加了材料表层残余压应力,细化了晶粒尺寸,使疲劳寿命提高了11%;二次喷丸可进一步增加材料表层残余压应力,细化晶粒尺寸并改善表面形貌使材料疲劳寿命提高了23%。因此在评估喷丸工艺强化效果,预测喷丸处理后零部件的疲劳寿命时,宜采用松弛后的残余应力作为衡量参数。     

表面纳米化对AZ91D镁合金渗铝行为的影响

镁合金表面渗铝是提高耐蚀性的一种有效方法。本研究将表面纳米化作为渗铝的预处理过程。采用高能喷丸对AZ91D镁合金进行表面纳米化处理,然后进行真空铝扩散得到渗铝层。用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察了渗铝层的形貌。结果表明,在对AZ91D镁合金表面高能喷丸后获得了100 nm的晶粒尺寸。在高能喷丸之后,渗铝层的深度比未高能喷丸的渗铝层厚。在440℃下扩散12 h后,渗铝层的深度增加到70μm。采用电化学方法对AZ91D镁合金的耐腐蚀性能进行了表征。结果表明,渗铝层明显降低了AZ91D镁合金的腐蚀速率。因此,高能喷丸强化有利于镁合金表面渗铝,提高镁合金的耐蚀性。     

高能喷丸参数对304不锈钢表面性能的影响

采用气动喷丸方式,研究喷丸压力和喷丸时间等工艺参数对304不锈钢表面性能的影响。用X射线衍射方法检测了试样表层的晶粒尺寸和相组成,用显微硬度计测量了试样表层的显微硬度。结果表明,304不锈钢板经高能喷丸处理后,表层晶粒明显细化,达到纳米级,喷丸压力越大,晶粒越小;表层组织发生了应变诱导马氏体相变。随着喷丸压力增加,马氏体相逐渐增多,奥氏体相减少;喷丸处理后表层硬度显著提高,显微硬度值是未处理试样的2倍多;在5～15 min范围内,喷丸时间对试样表面性能影响不大。通过对弹丸粒子的运动分析,得到喷丸的能量主要与喷丸压力,弹丸密度、直径以及喷丸距离等参数有关,随着弹丸动能增大,表层晶粒逐渐减小,晶格畸变增加。     

GH742高温合金激光冲击强化和喷丸强化残余应力

对GH742高温合金进行激光冲击强化和喷丸强化,利用X射线应力分析仪测定强化层的残余应力,对比分析2种残余应力的差异和特征,并采用不同的退火温度进行退火,研究表面残余应力在高温下的稳定性。结果表明,2种表面强化方法都可以在GH742高温合金表层引入残余压应力,但激光冲击强化试样比喷丸强化试样具有更深的残余压应力层和较好的稳定性,且残余压应力最大值在表面;与激光冲击强化的试样相比,喷丸强化试样的残余压应力较浅,而且随着喷丸强度的增加,最大残余压应力也由表面移向了次表面。