航空发动机用钛合金TC17疲劳失效研究

为了揭示钛合金TC17疲劳失效机理,本文针对钛合金TC17疲劳研究建立了适用于钛合金TC17的疲劳寿命预测模型。采用超声疲劳试验技术,对钛合金TC17进行不同应力幅值条件下的疲劳试验,并对试件的表面形貌进行定量检测。应用经典的两参数模型(Basquin模型),结合钛合金TC17疲劳试验结果,提出了超高频率载荷作用下的钛合金TC17应力-寿命(S-N)曲线。使用扫描电镜显微镜对试件断口形貌特征进行观察,分析表面粗糙度对钛合金TC17高周及超高周疲劳失效机理的影响及疲劳性能的劣化作用。结果表明:TC17疲劳强度为615 MPa,表面粗糙度是引起TC17疲劳失效的主要因素。研究内容对钛合金TC17零部件维护及寿命预测具有积极意义。     

镁合金低温切削性能及工艺参数优化

为改善镁合金的切削加工性能及加工表面完整性,优化切削加工工艺参数,基于拟水平法设计了四因素四水平正交车削试验,研究切削三要素以及切削介质（常温干切、液态二氧化碳和液氮）对ZK61M镁合金车削加工表面完整性的影响规律。实验结果表明：切削深度对切削力的影响最显著,进给量次之,切削速度的影响较小,低温切削能降低切削力,但对切削力的影响不显著;进给量对表面粗糙度和残余应力具有显著影响,随着进给量增大,表面粗糙度增大,并引入表面残余拉应力;冷却介质对表面粗糙度和表面残余应力具有次显著影响,相比于常温切削,采用低温切削能有效降低加工表面粗糙度,细化表层晶粒,增大表面残余压应力,同时,采用液态二氧化碳作为冷却介质的效果优于液氮。基于灰色关联分析得到ZK61M镁合金低温切削的最优工艺参数：v_c=100 m/min,f=0.05 mm/r,a_p=0.4 mm,采用液态二氧化碳作为冷却介质。用关联分析结果建立了工艺参数与加工质量间的响应预测模型,平均误差为7.93%。     

恒速磨削时砂轮磨损对加工表面层质量的影响

残余应力分布状态及表面租糙度是评定加工表面层质量的两个重要参数。本文在适应控力磨削系统中恒速磨削条件下,砂轮磨损对磨削残余应力分布和表面粗糙度的影响规律进行了试验研究。结果表明,砂轮磨损过程对磨削加工表面层质量,尤其是对磨削残余应力的性质、大小、分布状态影响很大。并提出了由σx/σ_t之比值判定砂轮磨钝的新方法。     

高温焊接对16MnR钢疲劳寿命的影响

对高温焊接16MnR钢试件做了焊接残余应力测试和疲劳寿命试验。结果表明,高温焊接可显著降 低焊接残余应力和提高疲劳寿命。750 ℃和850 ℃高温焊接比常温焊接的纵向残余应力最大值分别降低55%和 68%,750℃和850℃高温焊接比常温焊接试件的疲劳寿命分别提高50%和98%。对高温焊接的这些特点的原因 做了分析,认为该方法是比较可行的。     

一种振动强化抛光装置及其试验

针对传统抛光方式的缺点,设计了一种可利用试件在含磨料液体中振动实现强化抛光加工的装置.这种利用游离态磨粒进行工件的抛光加工的工艺,可获得高的表面质量和表面粗糙度值,而且加工表面无加工变质层.通过正交试验证明加工时间是影响去除量的主要因素,而磨料粒度对表面粗糙度影响较大.试验条件下试件表面粗糙度可达Ra0.10μm,且试件表面的疲劳应力有所提高.从表面状态看,抛光加工后的试件表面并无磨料产生的很长的划痕,只有细密均匀的凹坑.试验证明本装置可对曲面进行强化抛光.     

超声辅助磨削淬硬42CrMo钢表面质量试验研究

淬硬42CrMo钢以其高强度、高韧性、优异的淬透性,适用于制造多种高载荷、交变载荷、高精密等多因素疲劳损伤失效的零件。该材料硬度高,因此普通加工方式加工难度大,加工后表面应力不可控,表面质量差。超声辅助磨削在加工硬脆材料方面具有优异性能,本文采用轴向超声振动辅助磨削方式以及普通磨削方式对淬硬42CrMo钢进行加工试验,使用各种测量仪器测量两种磨削后的42CrMo表面质量并观察分析。结果表明,两种方式加工后工件表面均有残余压应力,超声辅助磨削加工后工件表面残余压应力提高11.0%～30.8%,形貌优于普通磨削加工的粗糙度降低约80%,显微硬度高于普通磨削约10%。     

喷丸处理钢表面残余应力对接触疲劳性能影响的研究(英文)

本文阐述了20CrMnTi钢滚形试样经热处理和喷丸强化后,表面形变硬化层和残余应力对接触疲劳性能的影响。在本试验条件下,接触疲劳失效的主要形式为深层剥落和浅层剥落。表面的形变硬化层和残余压力能延缓表面裂纹的萌生,减慢裂纹的扩展速率,从而能显著地增长接触疲劳寿命。本文提出了表面残余应力及其对性能作用的物理模型。     

低温冷风磨削加工高速钢试验研究

为解决高速钢磨削加工时工件表面质量难以保证问题,采用低温冷风和常温干式两种冷却方式对高速钢试件进行了不同冷却条件下磨削试验,分别从表面粗糙度、表面烧伤、金相组织变化等方面进行了对比分析.试验结果表明:当采用低温冷风磨削时,工件表层金相组织变化深度较干式磨削减少了1~1.5倍,低温冷风磨削温度降低,磨削烧伤抑制,工件表面粗糙度值较干式磨削减小,工件表面质量较干式磨削提高.     

轨迹成形法加工光学零件磨床微进给电控装置的研究

本文提出了一种在轨迹成形法加工光学零件磨床上实现脆性材料超精磨削的微进给电控装置, 试验表明, 在轨迹成形法加工光学零件磨床上应用本装置对光学透镜进行磨削后工作表面粗糙度可达 Ｒａ ＝ ０－０２μｍ , 能够达到光学零件精磨的粗糙度要求。     

Influences of Tool Wear on Residual Stress and Fatigue Life of Workpiece in Hard Cutting Process

硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响

岳彩旭,朱磊,冯磊,刘俊,郝胜宇,任广旭

（1. 哈尔滨工程大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001;

2. 哈尔滨理工大学 机械与动力工程学院,哈尔滨 150080）

创新点说明：

本文主要研究淬硬钢Cr12MoV车削加工刀具磨损对加工表面残余应力和疲劳寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究目的：

疲劳在金属零部件所有的失效形式中占有很大比例。特别是轴类零件,由于这类零件大多承受着不同的外载荷甚至多种载荷的交加,这种实际工况下的部件的意外事故多数是由于疲劳失效。由于疲劳失效给国家财产以及人身安全造成了巨大的隐患,因此有效的精确的预测与延长疲劳寿命成为制造工作者的一种使命。

残余应力是影响零部件疲劳性能最关键的因素之一,同时也是作为加工参数与表面性能中连接的桥梁。在传统的研究工作中达成的共识是残余压应力在延迟疲劳裂纹扩展与延长疲劳寿命中起着积极作用,但是没有整体的考虑残余应力的波动性与压应力分布模式在加工参数与疲劳性能中扮演的角色。

故本文主要研究硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究方法：

（1）采用不同磨损量的PCBN刀具,对淬硬模具钢Cr12MoV硬态车削过程展开实验研究。通过对残余应力离散度进行分析,拟合不同刀具磨损下的离散度指标与分布曲线,进而分析了刀具磨损对已加工表面残余应力分布的影响机制。

（2）结合疲劳力学与数理统计理论建立了应力离散度-疲劳寿命差异的数学模型,对切削后的标准试件进行了旋转弯曲实验研究,通过工件断口形貌和疲劳寿命的研究揭示了刀具磨损这一关键切削条件对工件疲劳寿命的影响。

（3）主要设备或仪器：大连机床厂生产的型号为CK6150的机床、株钻石公司牌号为MVJNR2020K16的PCBN刀具、加拿大PROTO公司的iXRD型X射线衍射应力测试系统和螺旋测微仪。

结果：

（1）残余应力离散度随着刀具磨损的增加而增大;同理,当刀具磨损在一定限度内,残余应力也随着刀具磨损的增加而增大,刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）提出并建立了应力离散度-疲劳寿命差异数学模型,分析出残余应力引起应力幅值的波动与疲劳呈线性关系,通过疲劳弯曲试验验证了该模型的科学性和准确性。

（3）通过旋转弯曲疲劳断口裂纹特征分析,得到本文试件断口裂纹源区为半圆形,扩展区域类似沙滩粒;并且随着残余压应力面积增大,裂纹扩展距离增大,疲劳寿命越长。

（4）旋转弯曲疲劳实验结果表明刀具磨损量越大,疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。

结论：

（1）当刀具磨损在一定限度内,残余应力离散度和残余应力都随着刀具磨损的增加而增大,并且两者机理相同,主要是因为刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）旋转弯曲疲劳试件断口的裂纹源区为半圆形,裂纹源区呈现的特点是较为光亮与平滑,这是由于其最先断裂扩展速度较为迟缓。随着旋转弯曲疲劳实验的进行,试件裂纹由裂纹源不断扩展,进而形成扩展速率较慢的裂纹扩展区,这里与裂纹扩展方向垂直的弧形线为该区域的重要标志,因为可以从其形状的变化来观察线端处所受应力的大小和组织形态。

（3）在刀具磨损在合理的范围内,当刀具磨损量增加时,使表面残余压应力面积越大,进而使得疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

关键词：硬态车削,刀具磨损,表面残余应力,残余应力离散度,疲劳寿命

     

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