喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为,并分析表面影响层性能,尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理,对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析,然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程,并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比,MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力,同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能,CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系,这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下,CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快,当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后,剩余的残余压应力高于初始值的80%时,疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面,喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比,MSP可以引入更优的表面影响层,在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程,从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外,残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。     

7075铝合金表面喷丸残余应力松弛的实验研究

采用喷丸引入表层残余应力,分析循环载荷时7075铝合金试样的应力松弛现象,讨论喷丸工艺引入的初始残余应力状态、表层显微硬度和表面粗糙度对疲劳抗性和残余应力松弛的影响.结果表明,喷丸引入的表层残余压应力是提高试样疲劳抗性的主要因素,但表层冷作程度与表面缺口效应对喷丸试样的低周与高周疲劳抗性与残余应力松弛有很大影响.循环应力水平接近高周疲劳极限时,经历高周疲劳残余应力无明显松弛;应力水平接近低周疲劳极限时,残余应力发生早期大幅松弛,且残余应力峰外移.     

喷丸处理对马氏体时效超高强度钢疲劳性能的影响

通过喷丸处理改善固溶+时效态某马氏体时效超高强度钢的疲劳性能。采用成组法和升降法对喷丸前后试样进行应力比R=-1的旋转弯曲疲劳试验,得到喷丸前后试样的疲劳寿命及1×10⁷周次下的疲劳极限,采用双加权最小二乘法拟合喷丸前后试样S-N曲线。采用X射线衍射法测定喷丸后试样残余应力,并结合ANSYS有限元数值分析,研究了喷丸残余应力对某超高强度钢疲劳性能的影响。结果表明:喷丸可显著提高某超高强度钢的疲劳寿命和疲劳极限,喷丸后的疲劳极限约为喷丸前的1.37倍;喷丸后产生的残余应力使疲劳源远离表面,且外载应力越小,疲劳源距离表面越远,寿命提高的效果越明显。     

喷丸强化对FGH4097粉末高温合金室温高周疲劳极限的影响

对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力(σr)和超显微硬度(DHV),采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明:室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深、更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率;喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生,从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。     

DZ125定向凝固合金的喷丸工艺

针对DZ125合金开展铸钢丸喷丸强化研究,分析了多种喷丸强度、覆盖率条件下合金700 ℃旋弯疲劳性能、表面残余应力和硬度梯度。结果表明:随喷丸强度的增大,中值疲劳寿命估计量逐渐增大,高喷丸强度时,700 ℃/500 MPa中值疲劳寿命估计量是原始试样的2倍;随表面覆盖率的增大,中值疲劳寿命估计量呈现先增大后稳定的趋势,当覆盖率达到400%时,中值疲劳寿命估计量达到稳定;高喷丸强度且表面覆盖率达到400%时疲劳极限为480 MPa,较原始试样疲劳极限(400 MPa)提高20%。残余应力和组织强化机制是DZ125合金喷丸的强化因素,随着喷丸强度的增大,残余压应力数值略有减小,但均明显大于原始状态;高喷丸强度时,覆盖率400%时DZ125合金表面产生超过200 μm深度的硬度场,且表面硬度较基体(430 HV0.1)提高37%。当缺口部位实际载荷大于屈服强度时,疲劳过程中残余应力和硬度都将明显松弛,经历700 ℃/600 MPa/1.5×10⁵周次的断裂试样,表面残余应力降低54%,表面硬度下降14%。     

微粒子喷丸高速动车组车轴钢疲劳性能的影响因素研究

目的 研究微粒子喷丸EA4T车轴钢表面残余应力、组织结构强化层以及表面粗糙度对疲劳性能的影响.方法 使用250℃保温2 h和550℃保温4 h的回火工艺对微粒子喷丸试样进行处理,研究微粒子喷丸试样表面残余应力和组织结构强化层对疲劳强度的影响.分析喷丸及回火处理试样表面的粗糙度、三维形貌、深度方向残余应力分布、X射线衍射峰、半高宽以及表面硬度,并进行旋转弯曲疲劳实验,确定疲劳性能.结果 微粒子喷丸增加了试样的表面粗糙度,在表面引入了深度为80～100μm的残余压应力和加工硬化.微粒子喷丸将材料的疲劳极限由365 MPa提高至470 MPa.回火处理使得喷丸试样表面微观组织发生了回复,其硬度降低,残余应力松弛.250℃保温2 h和550℃保温4 h的回火处理使得喷丸试样的疲劳强度分别降低至450 MPa和430 MPa.结论 微粒子喷丸在EA4T车轴钢试样表面引入的残余应力和组织结构强化层对疲劳强度的提高分别约为16％和23.8％,而表面粗糙度则降低了疲劳强度,降幅约为10％.     

超高强度钢喷丸表面残余应力在疲劳过程中的松弛规律

对超高强度钢23Co14Nil2Cr3MoE进行了喷丸强化,采用X射线衍射应力分析方法研究了旋转弯曲疲劳过程中喷丸表面残余应力的松弛变化规律.结果表明,在疲劳循环过程中,残余应力的松弛主要发生在疲劳的初始循环100周次内,疲劳循环100周次后残余应力基本稳定在某一个应力水平上,而且其中的大幅度松弛发生在疲劳的初始循环10周次内.对比不同应力水平下的松弛行为,在疲劳极限以上的应力水平下,残余应力松弛的幅度和速率都较大.对喷丸后的试样在疲劳试验前先进行200℃/2h的保温提前应力松弛处理,然后再进行疲劳试验,200℃/2h的保温处理可降低残余应力松弛的幅度和速率甚至在低于疲劳极限的应力水平时只发生小的松弛或不发生松弛.但由于喷丸强化试样疲劳裂纹往往从次表层萌生,表而残余应力的松弛只能作为评价材料疲劳性能的一个参考数值,在工程应用时不能只依据表面残余应力来判定材料的疲劳性能.     

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。     

40Cr钢喷丸处理工艺的优化研究

40Cr钢经840℃油淬+500℃回火后制备三点弯曲疲劳试样,在旋转弯曲疲劳试验机上测定不同喷丸处理及喷丸后磨削处理的试样在应力比R=0.05条件下2×107循环周次的表象疲劳极限.结合试样表面残余应力分布及疲劳源的位置,分析其变化规律,用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对此作了合理清晰解释.探讨了喷丸工艺优化问题,并指出对一些零件应在喷丸后进行磨削处理.     

喷丸强化对TC21高强度钛合金疲劳性能的影响

对TC21疲劳试样进行喷丸,测定未强化试样和喷丸强化试样的旋转弯曲疲劳S-N曲线和采用升降法测定1×107周次下的条件疲劳极限,利用X射线应力仪测定了残余应力,用扫描电镜分析了疲劳断口.试验结果表明,喷丸不仅可显著延长TC21钛合金的疲劳寿命和提高疲劳强度,而且能使疲劳裂纹不再从表面萌生而是从表面强化层下的基体材料处形成并向四周扩展.     

玻璃喷丸处理提高304不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的研究

基于对304不锈钢焊接试板表面喷丸处理前后的表层残余应力X射线衍射测量，研究了在42％沸腾MgCl2溶液中，表面玻璃喷丸和铸钢喷丸对304不锈钢焊接试板应力腐蚀开裂敏感性的影响，比较了采用不同铸钢喷丸和玻璃喷丸处理工艺的304不锈钢焊接试板抗应力腐蚀开裂的能力．试验结果表明：未喷丸处理的焊接试板6h就发生开裂，50％、100％覆盖率的铸钢喷丸焊接试板分别在试验310h和3500h开裂，而200％覆盖率的铸钢喷丸焊接试板，50％、100％、200％覆盖率的玻璃喷丸焊接试板经历3500h也未见开裂．因此，喷丸处理工艺能够很好地提高焊接构件抗应力腐蚀开裂能力；且在同样喷丸强度下，焊接接头经玻璃喷丸工艺处理后的抗应力腐蚀能力明显优于铸钢喷丸处理工艺．     

喷丸强化对GH4169合金孔结构高温低周疲劳性能的影响

螺栓结构是航空发动机盘件的重要连接结构,但服役时存在结构应力集中的螺栓孔结构受到大载荷作用,容易发生疲劳失效。根据高压压气机盘螺栓孔结构设计中心孔板材疲劳试样,对中心孔板材疲劳试样进行喷丸强化,研究了原始、高强度和低强度喷丸工艺等3种状态下表面粗糙度和残余应力场,并表征了3种状态下的高温低周疲劳性能。结果表明:相比铰孔状态,大强度的喷丸工艺使孔壁表面粗糙度显著增大,并且在倒角区域出现喷丸塑性流动金属的堆积,虽然引入了深度较大的残余压应力场,但仍然使得疲劳性能有所降低;小强度喷丸后疲劳性能有所提高但分散度增大。通过断口可以看出,原始和小强度喷丸后疲劳源萌生在孔壁处,呈多源疲劳断口;大强度喷丸后疲劳源萌生在孔边倒角区域,为单源断口。     

The effect of hole drilling on fatigue and residual stress properties of shot-peened aluminum panels

The effect of hole drilling after shot peening on the fatigue life and residual stress state of selected aluminum alloys was investigated. Compared to the unpeened condition, the hole drilling after shot peening reduced the fatigue life of the 2024-T351 and 2324-T39 alloys to a small extent. On the other hand, the fatigue life of 7150-T7751 decreased considerably due to hole drilling after shot peening. A compressive residual stress was at the surface of the shot peened specimens. Hole drilling reduced the compressive residual stress by 60%. The excess dislocation density was mostly concentrated at the surface of the specimens.     

激光喷丸对Ti-6Al-4V合金显微组织及疲劳寿命的影响

研究低能量激光喷丸对Ti-6Al-4V合金疲劳寿命的影响。采用残余应力分析、表面粗糙度测量、X射线衍射、光学显微镜、纳米压痕硬度测试、扫描电镜和透射电镜以及疲劳测试对激光喷丸样品进行表征。结果表明,激光喷丸处理导致在合金表面及近表面区域形成纳米晶,并伴随有硬度的增加及残余压应力的产生。由于纳米结构表面的形成及残余压应力的存在而带来的有利影响,与未喷丸处理合金相比,喷丸处理合金的疲劳寿命明显得到延长。     

激光喷丸强化对电化学充氢316L奥氏体不锈钢振动疲劳性能的影响

研究了激光喷丸强化对电化学充氢316L奥氏体不锈钢振动疲劳性能的影响.测试分析了不同激光功率密度喷丸316L不锈钢充氢试样的残余应力、显微硬度和微观组织结构,并对比研究其振动疲劳寿命和断口形貌.结果 显示,激光喷丸诱导材料表层位错密度增加,并有效细化晶粒,抑制了氢原子的入侵,同时复杂晶界和高密度位错增殖结构阻碍了氢原子...     

Investigation of Contact Fatigue of High Strength Steel Gears Subjected to Surface Treatment

In this paper the contact fatigue resistance of gearwheel teeth, subjected to shot-peening treatment, was investigated experimentally and analytically. The main objective was the evaluation and prediction of fatigue crack initiation, propagation, direction, and rate. A specially designed experimental rig was used to test a number of spur gears with the following characteristics: (a) unhardened, thermally untreated unpeened surfaces, (b) thermally treated unpeened surfaces, (c) unhardened peened surfaces, and (d) thermally treated peened surfaces. The theoretical model assumed initiation and propagation of surface cracks of gears operating in the elastohydrodynamic lubrication regime while loading was due to simultaneous rolling and sliding. Finite element modeling was used for the calculation of the stress field at the gear teeth. Comparison of the experimental and analytical results showed considerable improvement in the contact fatigue strength of thermally treated gear teeth and especially those that underwent shot peening, which increased surface durability. The residual stresses induced by shot peening are mainly effective in stopping microcrack propagation. When shot peening is applied on thermally untreated gear teeth surface, it increases the contact fatigue life of the material by 17% at 7 × 10⁵ loading cycles. If shot peening is applied on carburized gear teeth surfaces, it increases the surface fatigue life by approximately 8% at 10⁶ cycles. Contact fatigue and eventual pitting are treated as a normal consequence of the operation of machine elements. To study this failure process different types of testing machines have been designed. The purpose of this paper is the presentation and evaluation of a new design experimental rig for studying contact fatigue damage of gear teeth subjected to different load patterns.     

300M钢表面喷丸强化工艺应用研究

目的 对比和研究300 M钢的铸钢丸和陶瓷丸喷丸强化后的效果,选择合适的300 M钢喷丸强化工艺.方法 采用铸钢弹丸和陶瓷弹丸以不同喷丸强度对300 M钢表面进行喷丸强化,研究对300M钢表面粗糙度、表面残余压应力及疲劳寿命的影响.结果 随着喷丸强度的增大,300 M钢表面粗糙度增大,但在相同或相当的喷丸强度下,采用陶瓷弹丸喷丸强化可获得更小的表面粗糙度;试样表面残余压应力均为先增大后减小,分别在喷丸强度为0.25A和0.2A时达到最大值.在大应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300M钢中值疲劳寿命增益均不明显;在小应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300 M钢中值疲劳寿命增益差异显著,铸钢弹丸喷丸强化最大值达到22,陶瓷弹丸喷丸强化最大值达到38.结论 铸钢丸和陶瓷丸喷丸均可以提高300 M钢的疲劳寿命.相对于铸钢丸喷丸,300M钢的陶瓷丸喷丸后的粗糙度水平更低,疲劳寿命更长.     

喷丸对H13钢单边带缺口试样疲劳裂纹扩展行为的影响

喷丸工艺通过改变试件的表面形貌、微观组织及残余应力等表面完整性可以影响裂纹的萌生和扩展;对于存在缺陷的试件,喷丸的作用机制和影响结果有所不同。采用白光干涉仪、SEM、XRD及显微硬度计等对单边带缺口的H13钢薄板试样喷丸前后的表面完整性进行了测定。并借助原位SEM开展了系列裂纹扩展试验,分析了喷丸对试样疲劳寿命、裂纹扩展速率以及疲劳断口特征的影响。研究结果表明,虽然残余压应力诱发裂纹闭合,但由于喷丸后表面粗糙度的大幅提高增强了缺口效应,表面加工硬化使得韧性有所降低,以及残余应力在加载过程中发生松弛等因素,喷丸后单边带缺口试样的裂纹萌生过程缩短,疲劳寿命降低,且裂纹扩展速率的变化较小。喷丸前后疲劳断口形貌均为准解理特征,喷丸后断口近表面处的撕裂棱特征消失。     

Influence of shot peening on the corrosion fatigue properties of a stainless steel for surgical implants

For some applications in surgical implants a rough surface is desired, since the jagged surface structure assists the adhesion of bone material or surface coatings. Some implants are peened with coarse and sharp edged peening media. In order to avoid a distinct loss of fatigue strength, spherical peening balls should be used. The present paper shows for stainless steel X2CrNiMo18‐15‐3 that the effect of surface roughening can be compensated by the effect of compressive residual stresses in the surface layer. However, the effect of surface flaws must not be ignored. For this reason, the shape and depth of surface flaws in shot peened surfaces has been examined and a classification of different types of surface flaws is presented. Fatigue tests in laboratory air and in physiological NaCl solution showed that there is a distinct influence of the depth and shape of surface flaws on the fatigue strength. The use of coarser peening balls and a subsequent electrolytic polishing treatment leads to an increase of fatigue strength. Furthermore, it is shown that shot peening may have a positive or negative effect on corrosion fatigue strength.     

60Mn钢喷丸表面的力学性能

利用Ｘ射线应力分析技术和应变电测法，对淬火加低温回火６０Ｍｎ钢的喷丸表面和未喷丸表面的屈服应力进行了测量．结果表明，喷丸处理虽然使表面Ｘ射线衍射线的半高宽值显著减小，却使其屈服应力得到提高．这一发现说明，即使对于硬状态材料，喷丸表面也能获得组织强化，对于某些材料状态，半高宽测量结果不能正确反映其表面的力学特性．