GH4169疲劳试样加工残余应力的表征及其对低周疲劳寿命的影响

为了探究GH4169合金低周疲劳试样加工过程中表面残余应力的变化及残余应力对低周疲劳性能的影响,采用X射线衍射法对“车 磨 抛”不同加工工艺的试样表面残余应力进行表征及对成品试样进行残余应力层深度测试,通过中子衍射法对试样内部进行残余应力测试。采用电液伺服万能试验机进行了低周疲劳试验。结果表明：GH4169合金低周疲劳试样加工表面残余应力随着切削量的增加由表面残余压应力变为残余拉应力。根据残余应力层深度测试,机加工对试样表面造成残余应力层深度小于0.01 mm,内部残余拉应力减小;根据疲劳试验结果,GH4169合金疲劳寿命与表面轴向残余压应力呈正相关关系。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同，测量结果互相对比验证后，确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力，其量级约为-300~300 MPa，以周向和径向残余应力为主，沿轮廓呈“外压内拉”特征分布；利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图，切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力，残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上，中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致，测试结果可信度高。     

利用中子衍射法和轮廓法测定GH4169圆盘残余应力

分别采用中子衍射法和轮廓法对服役态GH4169合金圆盘工件内部残余应力分布特征进行表征。两种测试技术的机理完全不同,测量结果互相对比验证后,确定出较高可信度的残余应力测量结果。首先利用飞行时间中子衍射技术准确表征了GH4169合金圆盘完全热处理后轴向、径向和周向的应力,其量级约为-300~300 MPa,以周向和径向残余应力为主,沿轮廓呈“外压内拉”特征分布;利用轮廓法测量沿直径截面周向残余应力的二维分布图,切割截面周向残余应力呈现明显的“外拉内压”式分布特征的残余应力,残余应力量级约为-300~250 MPa量级。合金盘厚度中心截面上,中子衍射法与轮廓法的测试结果从趋势和绝对数值上基本一致,测试结果可信度高。     

基于二维面探的高温合金GH4169残余应力分析

目的 通过二维面探X射线衍射法测试高温合金GH4169的残余应力.方法 由于GH4169是Ni基高温合金,Ni合金在Cr靶下有较强衍射峰,因此采用Cr靶来测试GH4169合金的残余应力.二维面探仪有500个探测头,均匀分布在一个面上,根据每一个探测器测得的衍射角变化,就能得到500个方向上的应变值,再根据应力与应变之间的关系,就可以计算出材料的残余应力.结果 GH4169合金的德拜环只有一个衍射峰,而且衍射峰的强度随着角度α的变化而变化.这说明该材料的应力取向不均匀,存在较为明显的织构.该材料表面主应力方向上的残余应力测试值为-968 MPa,误差为62 MPa;切向上的残余应力测试值为24 MPa,误差为43 MPa.由于测试的GH4169合金是经过喷丸处理的,主应力方向上受残余压应力,而其测试结果 确为负值,说明此次测试结果 可信.结论 通过二维面探X射线衍射方法 测试材料残余应力从原理和实际操作上都是可行的,并成功测试出GH4169合金的残余应力.经喷丸处理后的GH4169材料受残余压应力的作用,且应力分布不均匀,存在较为明显的织构.     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

激光冲击工艺对GH742镍基高温合金疲劳性能的影响

对两组镍基高温合金(GH742)试样进行激光冲击强化后,分别进行拉-拉疲劳试验和振动疲劳试验,并和未进行强化处理的试样进行对比,分析了强化试件的疲劳断口特征.结果表明激光冲击强化能提高镍基高温合金拉-拉疲劳寿命3.6倍以上,提高振动疲劳寿命2.4倍;强化后残余压应力影响层深度达1.0mm.     

喷丸强度对TC17及GH4169合金表面完整性和高温疲劳性能的影响

对钛合金TC17以及镍基高温合金GH4169光滑旋转弯曲疲劳试样进行喷丸强化,研究了不同喷丸强度下合金的表面粗糙度、表面残余应力和高温疲劳寿命。结果表明,喷丸后两种合金的表面粗糙度随着喷丸强度的增大而上升,当喷丸强度达到0.15 mm A以上时,表面粗糙度显著变大。喷丸后表面残余应力均为压应力,TC17合金的残余压应力的数值随着喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,而GH4169合金表面残余压应力数值随喷丸强度的增大而减小。在疲劳性能方面,TC17合金喷丸后的疲劳寿命随喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,特别是在高强度条件(大于0.10 mm A)下,喷丸反而降低了疲劳寿命,而GH4169合金的疲劳寿命随喷丸强度的增大而增大,说明不同合金对喷丸强度的优化工艺范围具有差别,钛合金对喷丸强度变化敏感性强。     

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。     

超声波与电火花表面复合强化Ti17合金的疲劳性能

将Ti17合金经过电火花处理(EST)后再进行超声波表面处理以期提高疲劳寿命。通过扫描电子显微镜观察表面形貌及强化层结构,经X射线衍射分析表面残余应力,采用HT-100高温疲劳试验机测试350 ℃拉-拉疲劳寿命。结果表明,经过超声波表面处理后,试样表面粗糙度及表面残余应力降低,复合强化后试样的疲劳寿命是仅经过EST处理的两倍。经过硬质合金YG8电极EST以及超声波复合处理的试样疲劳寿命最长     

GH4049高温合金在表面不同状态下的残余应力

采用扩展扫描方法在X射线衍射应力分析仪上测定了由GH4049高温合金所制叶片表面铣加工、磨加工、表面吹砂和表面渗铝等不同状态下的表面残余应力。结果表明,铣加工产生了残余拉应力而磨加工和表面渗铝产生了残余压应力。     

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。     

Ti2AlNb金属间化合物喷丸强化残余应力模拟分析与疲劳寿命预测

目的 研究经喷丸强化处理后Ti2AlNb材料表层残余应力的分布特征,并预测残余应力对材料疲劳性能的影响规律。方法 通过贴应变片逐层钻孔法,对使用喷丸强化处理后的Ti2AlNb试样进行残余应力测试分析,得到引入残余应力场各方面的测试数据,结合ABAQUS数值模拟方式,对比分析试验与模拟残余应力场结果,获取材料的最终残余应力梯度。利用FE-SAFE软件,通过叠加残余应力场的方式,预测喷丸强化前后试样的疲劳寿命。结果 在文中加工参数下,实验测试和软件模拟结果的重合度良好。喷丸强化可在Ti2AlNb金属间化合物靶材内引入300 MPa左右的最大残余压应力,深度达到了0.12 mm左右。材料表面塑性应变分布不均匀,且造成的塑性应变距表面深度可达0.1 mm。通过喷丸强化引入残余压应力,预测的Ti2AlNb材料疲劳极限可提高12%,高低周疲劳寿命均有明显的延寿效果。结论 验证了有限元数值模拟此材料喷丸强化的准确性和可靠性,得到了Ti2AlNb材料喷丸强化的残余应力场。由于塑性变形诱发机制的限制,喷丸造成塑性应变分布不均匀,塑性应变层深小于残余压应力层深。此外,强化后材料的疲劳性能显著提高,疲劳极限有可观的提升,且高低周疲劳均有较好的延寿效果。     

冷径向精锻钛合金管残余应力测试

介绍了用X射线衍射法与剥层法对小口径钛合金（Ti6Al4V）管开展的残余应力测试研究,用冷径向精锻制备的钛合金管锻件内径为φ20mm,外径为φ40mm,将外径机加至φ25,φ24,φ23mm,分别测试φ40,φ25,φ24,φ23mm外表面的轴向、周向残余应力,结果表明：φ40mm外表面的残余应力主要是拉应力,其他直径外表面的残余应力为压应力,研究对该类产品的工艺与产品设计具有重要参考价值。     

Effect of laser shock processing on residual stress and fatigue behavior of 6061-T651 aluminum alloy

Laser shock processing is a very new technique and an emerging modem process that generates compressive stresses much deeper into the surfaces of metals or alloys. A brief parametric study of the effect of laser parameters on fatigue behavior and residual stress state generated in 6061-T651 alloy specimens was summarized. Residual stress of 6061-T651 alloy was analyzed both before and after laser processing with multishocks. The material remains in compressive residual stress of approximate 1 mm in depth which is approximately 10 times deeper than that can be achieved with the conventional technique, and the maximal compressive residual stress at the surface of the sample is about -350MPa. Near the surface, yield strength and hardness are found to be increased by the laser shock. The ratio of fatigue crack initiation life for the laser-shocked to unshocked specimens is found to be 4.9 for specimens. The results clearly show that LSP is an effective surface treatment technique for improving the fatigue performance of aluminum alloys.     

Influence of microarc oxidation and hard anodizing on plain fatigue and fretting fatigue behaviour of Al-Mg-Si alloy

The present study compares the performance of microarc oxidation (MAO) and hard anodizing (HA) treated Al-Mg-Si alloy (AA6063) test samples under cyclic loading in uniaxial tension with a stress ratio of 0.1 (plain fatigue) and fretting fatigue loading. Fatigue test specimens were treated using MAO and HA techniques. MAO coated specimens were ground to reduce the surface roughness comparable with that in HA coated specimens. In that process the porous outer layer was removed. Characterization of coated and uncoated specimens was done with reference to the coating morphology, microhardness, surface roughness and residual stress. The specimens were tested under plain fatigue and fretting fatigue loading at ambient temperature. While the ground MAO coating exhibited relatively less amount of porosity, HA coating had through thickness cracks. MAO coating had compressive residual stress and it was very hard compared with HA coating. Both types of coated samples exhibited slightly higher friction force than that experienced by the uncoated specimens. Fretted region of the HA coated samples was rougher than that of the MAO coated specimens. Plain fatigue lives of both coated samples were inferior to those of the uncoated specimens. The inferior plain fatigue lives of MAO coated specimens compared with those of the substrate may be attributed to the tensile residual stresses supposedly present in the substrate leading to an early crack initiation in the substrate adjacent to the coating. As friction force of MAO coated samples was higher than that experienced by uncoated specimens, the fretting fatigue lives of MAO coated samples were slightly inferior to those of uncoated samples. As the anodized layer had preexisting through thickness cracks and strong adhesion with the substrate, cracks propagated from HA coating through the interface into the substrate easily. This may be the reason for the HA coated samples exhibiting inferior plain fatigue and fretting fatigue lives compared with MAO coated and uncoated samples.     

超声冲击对MB8镁合金对接接头疲劳性能的影响

采用HJ-Ⅲ型超声冲击设备对MB8镁合金对接接头焊趾区域进行冲击处理.利用EHF-EM200K2-070-1A电液伺服疲劳试验机对超声冲击前后的MB8镁合金对接接头进行疲劳对比试验.采用光学显微镜和高分辨率的透射电镜对超声冲击后的MB8镁合金对接接头的表层组织进行了分析.结果表明,在试验循环基数为2×106周次的条件下,超声冲击态接头的疲劳强度为52.8 MPa,比焊态试样的疲劳强度提高了37.5%,在同等应力水平下,接头的疲劳寿命提高了58～65倍.超声冲击后,焊趾处的应力集中程度降低,焊址及附近区域发生明显塑性变形,变形层厚度大约为70 μm,并在焊趾表面获得了纳米晶组织,同时把焊接残余拉应力转变为压缩应力.超声冲击可以大幅度地提高MB8镁合金焊接接头的疲劳寿命.