表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响

研究了磨削、一次喷丸、二次喷丸3种表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律,采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪对经不同方法加工的试样的表面形貌、表面粗糙度和表面残余应力分布等表面完整性参数进行了表征。采用旋转弯曲疲劳试验机分别测试了不同方法加工的光滑试样(应力集中系数Kt=1)和缺口试样(Kt=2)的旋转弯曲疲劳S-N曲线。结果表明,相比磨削,一次喷丸和二次喷丸处理后TC4钛合金光滑试样和缺口试样的疲劳极限均显著提高,TC4钛合金的疲劳缺口敏感性下降。另外,二次喷丸的疲劳极限增益效果优于一次喷丸的,原因是二次喷丸在TC4钛合金表面形成了更优的残余压应力场分布和更低的表面粗糙度。     

喷丸强化对TB6钛合金疲劳性能和表面完整性的影响

为了提高TB6钛合金零件的疲劳抗力,研究了喷丸强化对TB6钛合金疲劳性能的影响,并采用白光干涉仪、X射线应力测量仪、显微硬度计及扫描电子显微镜等仪器对其表面完整性进行分析,探讨喷丸强化机制。结果表明:相比未处理的试样,喷丸处理试样的旋转弯曲疲劳寿命显著提高。喷丸强度对TB6钛合金的疲劳性能影响显著,随着喷丸强度的增加,残余压应力层和硬化层深度相应增大,对疲劳性能有利;而同时表面粗糙度也在增大,局部应力集中效应会抑制疲劳性能的改善。     

激光金属沉积TA15钛合金工字梁疲劳性能研究

激光金属沉积（LMD）是一种应用广泛的金属增材制造技术,可以快速成形复杂的结构件。以TA15钛合金粉末为原材料,采用激光金属沉积技术成形了TA15工字梁缩比件,进行了LMD TA15钛合金工字梁试样的疲劳试验和失效分析,研究了LMD TA15钛合金材料和结构的疲劳性能。对4件试样在应力比为0.06,载荷峰值为80%静力破坏载荷的交变载荷下进行四点弯曲疲劳试验,受成形缺陷影响,试样出现混合失效模式：两件试样无明显缺陷,裂纹形态为受拉缘条角裂纹,两件试样为内部气孔缺陷诱发失效,裂纹形态为受拉缘条半椭圆裂纹。起裂位置与缺陷和应力水平有关,存在明显的差异。为阐明试样疲劳失效行为,进行了有限元分析,获得起裂位置的应力水平,分析了缺陷和应力水平对疲劳寿命的影响。结果表明,缺陷是影响试样疲劳性能的主导因素,缺陷降低疲劳寿命50%以上,对于无明显缺陷试样,试样的疲劳行为受到应力水平控制。     

表面机械研磨工业纯锆的疲劳性能研究

采用表面机械研磨工艺对工业纯锆进行处理,利用四点弯曲疲劳试验对试样的疲劳性能进行研究,并利用透射电子显微镜(TEM)和光学显微镜(OM)对试样的微观组织进行观察,利用纳米压痕仪测试处理试样从表层到基体的硬度分布,采用X射线衍射(XRD)方法分析表层晶粒尺寸、微观畸变以及残余应力分布特征。结果表明:经表面机械研磨处理工业纯锆的疲劳极限为195 MPa,而原始试样的疲劳极限为159MPa,表面机械研磨处理使工业纯锆的疲劳极限提高了23%,疲劳性能的改善可归因于表面机械研磨引入的纳米化表层、加工硬化以及残余压应力。本文进一步研究发现,应力幅大于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳寿命低于原始试样;应力幅低于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳性能比原始试样优异。     

汽车用钢DC53D+ZF的疲劳试验测试

为了研究汽车用钢DC53D+ZF的疲劳性能,在不同的最大应力条件下,利用高频疲劳试验机测试疲劳性能。在常温空气环境下,对试样进行了拉-拉疲劳试验(应力比R=0.15)。试验采用正弦波进行波动循环加载直到试样发生断裂,测得试样不同应力水平下的循环次数、应力幅等,DC53D+ZF的疲劳强度下极限为222.4MPa。对DC53D+ZF疲劳数据进行了相应的处理,得到了该汽车用钢的S-N曲线,补充了车身常用钢疲劳特性数据,能够为汽车厂疲劳仿真分析提供可靠的数据基础,预测汽车部件的设计寿命。     

冷处理对冷轧辊用86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响

冷轧工作辊的抗接触疲劳性能是其抵抗早期失效的主要性能之一。它与轧辊表层组织结构和残余应力状态有关。组织结构和残余应力取决于轧辊的热处理工艺。笔者已就淬火温度对86CrMoV7钢抗接触疲劳性能的影响进行了研究。为进一步了解残余奥氏体和残余应力的作用,本工作就冷处理对86CrMoV7钢的抗接触疲劳性能的影响进行了研究。将试样在930℃油中淬火,并于0、-35、-74和-105℃冷处理,150℃回火。测量各组试样的接触疲劳寿命、残余奥氏体量、残余应力和硬度。并对显微组织和剥落断口进行了研究。结果表明,淬火后不经冷处理和-35℃冷处理的试样具有高的接触疲劳寿命,其余各组寿命均较低。随冷处理温度下降,残余奥氏体量减少,硬度增高,残余应力变化不大。这些变化是由于冷处理时奥氏体向马氏体转变的缘故。接触疲劳试验后,试样中残余奥氏体量进一步减少,硬度和残余应力都有增加。这反映了接触疲劳过程中形变和相变的综合效果。研究认为,86CrMoV7钢淬火组织中,残余奥氏体的稳定性是影响其抗接触疲劳性能的重要因素之一。一定量的稳定的残余奥氏体与高的表面硬度和较高的残余压应力相结合将有利于提高钢的接触疲劳性能。主要结论是冷处理可以消除淬火钢中不稳定的残余奥氏体,并可以提高钢的硬度和残余压应力。因而,对提高86CrMoV7钢的抗接触疲劳性能是有利的。     

喷丸强化对TC11钛合金高周疲劳性能的影响

主要研究TC11钛合金喷丸前后高周疲劳性能的改变情况,并对比研究了喷丸前后宏微观影响因素的变化。在疲劳试验前后采用X射线应力衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电镜(SEM)、超微小显微硬度计等分析研究了喷丸强化对TC11钛合金高周疲劳性能的影响,并结合升降法和成组实验法测试喷丸前后两种不同表面状态下TC11钛合金的高周疲劳性能,拟合成两种不同表面状态下的疲劳S-N曲线。疲劳试验结果表明喷丸后在表层形成明显的残余压应力场和喷丸硬化现象,将裂纹萌生驱赶至次表面,显著提高了TC11疲劳强度和寿命。经喷丸后TC11钛合金试样疲劳强度极限达到616.5 MPa,而未喷丸试样疲劳强度极限仅为448 MPa,与之相比喷丸后疲劳强度极限增加了168.5MPa,提升幅度达37.6%。喷丸不仅使得试样表面完整性更为良好,减少了表面应力集中区,还使得表层组织中α相分布的致密度增加。喷丸硬化致使表层显微硬度值发生变化,形成一个深度有近260μm的梯度分布层,表面硬度达到HV433,较未喷丸相比也有近HV50的提升。喷丸后疲劳源深度达到258μm,较未喷丸试样的38μm相比增加达220μm。     

TC11钛合金经电脉冲处理后疲劳性能的变化研究

分析了TC11钛合金材料在脉冲电流处理前后疲劳性能的变化及其机制。采用升降法和成组实验法测试TC11钛合金材料经脉冲电流处理前后两种状态下的疲劳性能,并分别拟合疲劳S-N曲线。用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)分别进行金相分析和断口分析,用电阻率测试仪和显微硬度计分别测量脉冲电流处理前后TC11钛合金材料电阻率和α相的显微硬度值。结果表明,经脉冲电流处理的TC11钛合金试样的S-N曲线相对于未处理的试样的S-N曲线整体上移,处理后试样的疲劳强度极限提高了19.3 MPa。脉冲电流处理后试样的电阻率减小了0.433 mΩ·mm,试样中α相的显微硬度提高了HV 14.9,试样内部产生的局部温度差会引起合金局部产生细小再结晶晶粒。脉冲电流提高TC11钛合金的疲劳寿命是通过脉冲电流作用于材料内部的显微缺陷,使应力集中区域发生局部应力松弛,进而使材料的微观组织更加均匀和稳定来实现的。     

熔滴对TB6钛合金高周疲劳性能影响

利用典型应力对比试验,研究了烧伤熔滴对,TB6钛合金旋转弯曲疲劳和轴向拉.拉疲劳的影响,并分析了烧伤熔滴的形貌和疲劳试样的断口特征.结果表明:熔滴处易形成富氧和富氮层脆性相,在应力作用下极易开裂成为疲劳源;另外,熔滴会导致基体组织发生变化,对基体一般产生第二类烧伤,破环试样表面的完整性,从而加速疲劳试样破坏,也会成为断裂源,显著降低其高周疲劳性能,对TB6钛合金高周疲劳有严重影响.     

激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化处理对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响。采用表面粗糙度仪、显微硬度计和X射线衍射残余应力仪分别对激光冲击强化前后Ti-6Al-4V合金表面完整性进行了表征。在PQ-6旋转弯曲疲劳试验机上测试了经激光冲击强化处理的Ti-6Al-4V合金107周次条件下的疲劳极限,用扫描电镜分析了疲劳断口形貌,探讨激光冲击强化机制。结果表明,激光功率密度越大,表面粗糙度越小,表面残余压应力和表面硬度值越大,残余压应力层和硬化层深度越深;与原始试样相比,激光冲击强化试样的疲劳极限提高了33.3%,原因是激光冲击强化可以显著降低合金表面的粗糙度,改善合金的表面完整性,产生深层的残余压应力场和表面硬化层,将疲劳裂纹源由表层转移到次表层,有效地抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升合金的疲劳抗力。     

车轮钢热——机械疲劳性能的研究

在分析火车车轮热疲劳损伤的基础上，用Ｃｌｅｅｂｌｅ－２０００热模拟试验机模拟车轮制动过程的热－机械疲劳，测试了峰值温度分别为７００℃，６００℃和５００℃，下限温度均为１００℃时，车轮钢在全约束条件下的热疲劳寿命，在试样预加一个压应力情况下，模拟残余应力对车轮钢热疲劳性能的影响，确定了车轮钢的Ｃｏｆｆｉｎ－Ｍａｎｓｏｎ方程，为提高车轮轮箍的使用寿命提供理论依据和实验分析。     

钛及钛合金标准中规定残余伸长应力的探讨

通过对钛及钛合金标准中规定残余伸长应力表述的分析和探讨,从标准几次修订描述过程来探讨目前国家标准和国家军用标准中对规定残余伸长应力测试存在的问题,并对今后标准再次修订中的修改提出建议。     

激光沉积TA15钛合金高周疲劳性能研究

为了研究激光沉积TA15钛合金的高周疲劳性能,在720,760和800 MPa应力水平下进行了室温高周疲劳(HCF)测试并分析了疲劳断口,结果显示激光沉积TA15钛合金具有较高的高周疲劳寿命,720 MPa下疲劳源区断口形貌表现为很高的组织敏感性,敏感尺寸达单个α片层尺寸单元,800 MPa下敏感性较弱,只达到α片层集束尺寸单元。部分试样有气孔存在,气孔范围在20～40μm,气孔的存在使试样的高周疲劳寿命呈现不同于锻件的明显分散性,表现为同一应力水平下寿命量级的分散,且气孔的大小与位置对疲劳寿命有不同程度的影响。直径较大和距离表面越近的气孔对疲劳寿命损伤越大。采用数值模拟方法研究发现尺寸大、距离表面近的气孔应力集中系数大,导致裂纹萌生寿命降低。虽然有气孔的存在,但激光沉积TA15钛合金仍具有优异的疲劳性能,这与取向随机、尺寸细小的片层组织有关,细小的显微组织增加裂纹的萌生阻力,提高高周疲劳强度。     

TB6与TC4钛合金高周疲劳性能对比研究

采用热模锻造方式制备出TB6与TC4钛合金行星齿轮架毛坯,并对毛坯进行热处理,然后切取试样,测试其高周疲劳性能,对比分析疲劳断口形貌。研究表明：TB6钛合金试样疲劳强度平均值为723.0 MPa,其在存活率90%、置信度95%条件下的疲劳强度下极限为677.1 MPa; TC4钛合金试样疲劳强度平均值为437.7 MPa,其在存活率90%、置信度95%条件下的疲劳强度下极限为405.8 MPa。从疲劳断口形貌上来看,TB6与TC4钛合金均以解理断裂为主,且二者均具有一定的韧性。TB6钛合金锻件疲劳强度的波动性小于TC4钛合金锻件,且高周疲劳性能更好,可以作为行星齿轮架的备选材料。     

钛及钛合金喷丸强化研究进展

喷丸强化能够显著提高钛及钛合金材料的常规抗疲劳性能和微动疲劳抗力,在最佳的喷丸工艺条件下可以得到较好的性能.本文从组织强化、应力强化、残余压应力及其松弛、表面粗糙度几方面叙述了钛合金的喷丸强化机制和研究进展.最后阐述了喷丸强化对钛合金力学性能的影响研究.     

钛合金材料OIM试样的电解抛光及制备工艺

由于钛合金材料强度硬度较高，机械抛光通常不能去除试样表面的残余应变层，因而采用电解抛光是制备电子背散射衍射试样的理想方法。本研究通过正交试验进行优选，并对优选的电解抛光工艺参数进行调整，制定出了钛合金电子背散射衍射试样的快速制备工艺。     

TA15钛合金高温持久腐蚀行为研究

为深入分析热盐应力腐蚀对TA15钛合金高温性能的影响,对大规格TA15钛合金棒材进行不同的表面腐蚀处理,测试了500℃/470 MPa条件下的持久性能,并对试样表面、断口处的组织特征进行观察,分析TA15钛合金的热盐应力腐蚀机制。结果表明：在500℃/470 MPa下,TA15钛合金对热盐应力腐蚀非常敏感,导致持久寿命显著降低;在腐蚀过程中,沿着α相界(β基体)发生复杂的化学反应,形成腐蚀氧化物并向内扩散;应力作用加速了腐蚀裂纹扩展,形成沿晶断裂特征,降低了试样的持久寿命。     

包钢60公斤钢轨残余应力研究

本文叙述了用电阻应变仪,采取切取小段试样法测量了包钢60公斤/米钢轨表面残余应力,及钢轨焊接后残余应力的变化情况,探讨了钢轨残余应力形成的原因,分析了影响钢轨残余应力的各种工艺因素,对比了目前国内外同类型钢轨的残余应力水平,还对目前常用的三种测试方法进行了对比。     

激光冲击强化对Ti6Al4V钛合金表面完整性和四点弯曲疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化对Ti6Al4V合金表面完整性和四点弯曲疲劳性能的影响,采用扫描电镜、显微硬度仪、X射线应力测量仪及透射电镜等仪器对材料表面完整性进行了分析,采用MTS疲劳试验机对试样进行了疲劳性能测试,并采用扫描电镜分析了疲劳断口,并探讨了激光冲击强化机制。结果表明：采用功率密度为15.9 GW/cm2的激光处理试样后,其四点弯曲疲劳中值寿命较未强化试样提高了4.2～23.5倍;且激光功率密度越大,试样的疲劳中值寿命越长。激光冲击强化表现出比喷丸强化更优的疲劳寿命增益效果。分析发现：经激光冲击强化后,Ti6Al4V合金表面形成了深度约为600~1400 μm的残余压应力场,表面硬度比未强化区域提高了约10%,而亚表层内部的位错密度比未强化试样显著提高,以上表层性能和微观组织的变化对四点弯曲疲劳寿命的提高具有重要作用。     

铸造起重机主梁应力测试与疲劳寿命研究

以某钢厂一台在用进口铸造起重机为研究对象,对起重机性能指标质量检测、主梁主要受力板材的无损探伤检测、主梁跨中关键部位的应力测试以及根据应力测试所得应力谱对主梁疲劳寿命进行分析估算,对设备目前的安全状况作出评估。