面齿轮磨削齿面力热耦合及残余应力研究

根据面齿轮磨削残余应力的产生机理和Prandtl-Reuss方法,建立磨削表层热弹塑性力学本构关系;基于面齿轮磨削方法和Gleason接触原理,得出碟形砂轮磨削点接触椭圆方程参数、磨削力和磨削热流量的数学模型。构建面齿轮磨削单齿3D有限元模型,采用小步距移动法模拟磨削载荷的移动,仿真磨削温度场,得到磨削瞬态最高温度位于磨削接触弧中心区域。采用力热耦合间接法仿真分析了磨削表层残余应力,得出磨削齿面上为残余压应力,齿面里层为残余拉应力;随磨削深度和砂轮速度增大,齿面残余应力增加显著;但随展成速度增大,齿面残余应力增幅减小。采用X射线衍射法实验,对比分析了面齿轮磨削表层残余应力的实测值与仿真值,其相对误差最大值17.8%在精度控制范围内,说明力热耦合有限元分析残余应力有效,为改善面齿轮磨削质量提供了依据。     

CADI磨球表层残余应力的测定

基于弹塑性平面应力和残余应力的相关理论,利用电测技术和"切割法"对CADI磨球碰撞前、后表层的残余应力进行了测定,对磨球表层的残余应力有了定量认识。测试结果表明,经过多次落球试验碰撞的CADI磨球表层,存在着约500～900MPa、各方向基本相等的环向压应力,残余应力数值随着碰撞次数的增加而增加,但超过20000次后增加并不明显;碰撞磨球表层的残余应力数值与Mn含量存在着正相关关系,在某一范围内,Mn含量越高,残余应力越大;未经碰撞的CADI磨球表层也存在着拉伸(或压缩)环向残余应力,但其数值都比碰撞后磨球的残余应力小得多。     

淬硬轴承钢平面磨削变质层的特性

采用扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、维氏硬度仪和X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)分别观测了不同磨削条件下淬硬轴承钢GCr15磨削表层的微观组织、显微硬度和残余应力,对淬硬轴承钢磨削变质层进行了系统的实验研究.研究发现,磨削表层由表及里依次是白层、暗层和基体组织,暗层与白层的厚度之比在1.6～3.2之间变动.白层由致密的细晶马氏体、碳化物和残余奥氏体组成,而暗层由不同的回火组织构成,白层主要是磨削热和材料的强烈塑性变形共同作用的结果.白层硬度最大值达到983 HV,比基体组织高,而暗层硬度值仅为512 HV,较基体组织低.白层表面存在大小为612.24 MPa的残余拉应力,且随着白层的增厚而增大,而暗层则呈现出残余压应力.当白层较厚时,白层内会出现微裂纹,其中以贯穿白层的中位裂纹以及白层外侧和白层/暗层过渡区的横向裂纹居多.     

Cr4Mo4V钢制轴承套圈磨削变质层深度的测定

为研究Cr4Mo4V钢制轴承套圈磨削变质层深度的测定方法,用X射线衍射法测定了Cr4Mo4V钢制轴承套圈滚道磨削表层残余应力及X射线衍射线半高宽,用显微硬度计测定了套圈轴向截面显微硬度分布.结果表明:滚道表层残余应力均呈指数型分布,曲线拟合相关系数在0.98以上;半高宽由表及里逐渐增大,但分布相对离散,曲线拟合相关系数...     

20CrNi2Mo钢齿轮磨削裂纹成因分析

采用宏观分析、化学成分分析、金相检验以及硬度测试等方法对某20CrNi2Mo钢制齿轮磨削裂纹产生原因进行了分析。结果表明:该齿轮磨削裂纹产生的主要原因是其渗碳区域存在严重的内氧化缺陷和魏氏渗碳体组织,降低了齿轮表层磨削面的残余压应力,增加了齿轮的磨削开裂敏感性,当磨削应力超过材料断裂强度时,便会产生磨削裂纹。     

残余应力对零件耐磨性的影响的定量比较研究

本文就CBN砂轮磨削条件下的残余应力对零件耐磨性的影响进行了较为系统的定量比较研究。试验结果表明:零件耐磨性与其表面残余应力有较强的依赖关系,当零件表面处于低应力状态(-19～-539MPa)时,零件的耐磨性最好;过大的残余压应力反而导致耐磨性降低;而当零件表面层存在残余拉应力时其耐磨性极差。     

层削法在航空板材残余应力测试中的应用

采用层削法测试了7050-T7451高强度铝合金航空板材的残余应力，对比了不同标准测试方法的差异，研究了不同厚度板材残余应力的分布规律。结果表明：试样两端有沉孔和无沉孔对残余应力的测试结果无明显影响；在板材不同宽度位置取样测得的残余应力无显著差异；厚度为20 mm及76 mm板材纵向试样的表层为压缩应力区，次表层为拉伸应力区，心部为无应力或低应力区；厚度为165 mm板材纵向试样从表层到心部分别为拉伸应力区、压缩应力区、拉伸应力区、低拉伸应力区。     

磨削表面损伤对RBSiC弯曲强度的影响

借助X射线衍射方法测量了反应烧结碳化硅(RBSiC)材料的磨削表面的残余应力状态,并根据断裂力学评价了磨削引入的裂纹尺寸,分析了RBSiC的弯曲强度受磨削引入裂纹和残余应力的影响.研究表明,由于磨削过程中与磨削方向有关的机械载荷占主导作用,使磨削后的表面残余应力具有方向依赖性.砂轮轴向进给从0.90μm/s增加到1.35μm/s,磨削表面的残余压应力数值降低,计算得到的磨削引入的裂纹尺寸增大,导致强度下降.     

内环凸轮磨削开裂原因分析

采用化学成分分析、金相检验及硬度测试等方法对某内环凸轮磨削开裂的原因进行了分析。结果表明:内环凸轮淬火温度偏高且回火不足,导致其显微组织为粗大的针状马氏体及较多的残余奥氏体,增大了内环凸轮磨削开裂的敏感性和残余内应力;同时磨削时进给量大,冷却不充分,使内环凸轮表面产生了磨削烧伤变质层及较大的磨削应力;磨削应力、残余应力以及高速磨削时的滚压应力共同作用导致了内环凸轮的磨削开裂。     

残余应力测定的基本知识第二讲 X射线应力测定的基本原理

用X射线衍射技术来测定材料中的残余应力(或外载应力与残余应力的代数和)称为X射线应力测定.其特点是:①属于物理方法,不改变试件的原始应力状态;②理论严谨,方法成熟;③测定的是表面应力,故对材料的表层状态比较敏感,必须对测试点作恰当的表面处理;④根据特点③,可以借助于电解抛光等手段测定应力沿层深的分布.     

表面超声滚压处理对高速列车车轴钢疲劳性能的影响

对EA4T型高速列车车轴钢棒状旋转弯曲疲劳试样实验段磨削加工后进行了表面超声滚压处理。观察了处理前后试样的表面形貌及表层微观组织,测量了处理前后试样的表面粗糙度、表层硬度及表层残余应力。利用旋转弯曲疲劳实验得到处理前后试样的疲劳极限。结果表明:表面超声滚压处理后,试样的疲劳极限由352MPa提高到401MPa。疲劳极限的提高主要由于表面超声滚压处理后试样表面粗糙度降低、表层强度及残余压应力增加。     

硬态切削轴承套圈近表层残余应力分布及性能

通过对硬态切削轴承套圈和磨削轴承套圈进行对比,分析了硬态切削轴承套圈近表层残余应力的分布、沟道表面形貌、硬度和粗糙度。结果表明:与磨削轴承套圈相比,硬态切削轴承套圈能够获得更大的近表层残余压应力和更深的压应力层,以及较好的表面形貌和较高的表面硬度。     

EA4T空心车轴残余应力研究

本文按照EN13261—2009标准对EA4T车轴其表层及近表层（表层下方2mm）沿圆周方向进行残余应力测试，研究车轴表面残余应力的分布规律及是否随时间衰减。     

中子衍射残余应力无损测量技术及应用

中子衍射作为一门实验技术,在描述材料内部残余应力方面有巨大的潜力,是允许工程师或材料科学家进行三维、无损、深度地获取材料内部残余应力分布状态的少数技术之一.回顾了中子衍射测量残余应力的发展历史,概述了中子衍射残余应力分析方法的基本原理与特点,并简单介绍了其在材料科学和工程应用领域的应用情况.最后根据国际国内中子源及中子谱仪的发展趋势,展望了此技术的应用领域与未来前景.     

金属板料激光喷丸成形新技术

激光喷丸塑性成形金属板料是从激光强化发展起来的新技术.当激光诱导冲击波的峰值超过材料的动态屈服极限时,板料冲击区的表层发生微观塑性变形,导致了板料厚度方向上不均匀应力分布,使板料发生宏观变形.不同的激光脉冲参数在板料内部产生不同的残余应力,不同的残余应力使板料发生不同的变形,通过控制喷丸的工艺参数来控制板料内部应力场的精确分布,就可实现板料的精确变形.其显著特点是成形精确,且表层留有有益的残余压应力.     

干燥过程中小径木表层应力的研究

采用连续加热和间歇加热(间歇2h和间歇6h)方式对小径木锯材进行常规干燥,研究了干燥过程中小径木的表层应力(全应力和残余应力)发生、发展变化规律.结果表明,随着试材的含水率降低,其表层全应力最初表现为拉应力,拉应力增大到最大值后,逐渐减小直至消失,然后转变为压应力,压应力达到最大值后,逐渐减小直到干燥结束;残余应力是先逐渐增大,达到最大后又减小;3种加热方式下,试材表层应力的变化趋势基本一致,但是试材的表层应力间歇加热的明显小于连续加热的,间歇6h试材的表层应力最小;同一含水率水平下,表层应力弦切板的比径切板大.     

等离子喷涂纳米结构与传统结构热障涂层的残余应力对比研究

热障涂层的残余应力是影响其服役寿研究不多.在45钢基体上,用超音速火焰喷涂NiCocrAlY打底层,再用大气等离子喷涂ZrO2-8%(质量分数)Y2O3(8YSZ)工作层,制备了纳米结构与传统结构2种类型的热障涂层(TBC).采用SEM、XRD对这2种涂层的粉末及涂层进行了组织结构分析,用纳米压痕仪测得了2种涂层的弹性模量.用X射线衍射应力测试仪测得了2种涂层的表层残余应力.结果表明:喷涂工艺参数相同条件下,对于打底层及工作层的厚度均相同的2种涂层,纳米结构热障涂层的表层残余应力比传统结构热障涂层约低24.7%;相同打底层的纳米结构热障涂层表层残余应力随着陶瓷层厚度增加而增加,陶瓷层厚度在240 um以下时,表层为残余压应力;厚度超过300 um时,表层为残余拉应力.最后提出了相应的物理力学模型.     

轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力建模EI北大核心CSCD

以单颗磨粒为对象,分析了轴向超声振动下磨粒的运动特性;在此基础上,将磨削力分为切削变形力和摩擦力两部分,分别分析了轴向超声振动对切屑变形力和摩擦力的影响。在切削变形力方面,轴向超声振动改变了磨粒的运动方向和运动轨迹;在摩擦力方面,轴向超声振动降低了磨粒与工件间的摩擦因数;结合切向磨削力与热源强度的关系,以及温升是磨削表面残余应力产生的主要因素,建立了轴向超声振动辅助磨削的表面残余应力模型。进行轴向超声振动辅助磨削45钢的表面残余应力实验,确定了模型的常数,并验证了所建模型的正确性。     

激光冲击处理对金属微结构及其性能的影响

论述了激光冲击处理的基本原理,分析了激光诱发的冲击波在材料中的传播过程.激光冲击处理会使金属材料表层发生塑性变形而产生很高的残余压应力;冲击区的显微组织中会产生高密度位错,有时亦有孪晶与相变产生;金属材料表层的塑性变形、高残余压应力、高密度位错、孪晶以及相变,这些因素的共同作用使得金属材料表面硬度、疲劳寿命获得很大的提高.     

反应烧结碳化硅的磨削特征

采用金刚石砂轮对(RBSiC)进行磨削, 系统研究了表面形貌、残余应力和弯曲强度等磨削特征. 结果显示, 材料主要以脆性断裂去除, 局部区域为塑性切除. 随着轴向进给增大, 表面粗糙度(R_a)增加, 为降低R_a可进行适当光刀. 随着轴向进给增加, 磨削区的冷却效果被削弱, 使磨削残余压应力值下降. 与0.9 μm/s相比, 用1.35 μm/s磨削后试样的表面损伤程度增加. 工作台转速2.1 r/min、轴向进给0.9 μm/s并光刀1 min是保证高加工效率并获得较好质量表面的最优参数.