超声滚压对铝合金表面质量和耐磨性影响研究

使用多珠平面滚压加工刀具对叉车举升液压缸表面实施滚压加工和超声滚压加工。通过激光共聚焦显微镜、光学显微镜和显微硬度仪对加工后的试样进行表面三维形貌、金相组织和硬度表征的研究。开发相应的分子动力学模型并对加工前后的试样进行干摩擦试验,对比研究超声滚压对液压缸铝合金表面摩擦磨损性能的影响。试验结果表明,与滚压加工相比,超声滚压加工进一步降低了表面粗糙度。磨损结果表明,超声滚压加工改变了试样表面的微观结构,改变了试样的磨损机制,提升了试样的抗磨损性能,可有效提高液压缸使用寿命,降低泄漏量。     

GCr15SiMn轴承钢表面超声滚压处理改性分析

使用HK30数控车床对GCr15SiMn轴承钢进行表面超声滚压处理,利用金相显微镜和扫描电镜观察试样超声滚压前后表面形貌和截面组织,并对比分析了超声滚压处理前后试样的硬度、表面粗糙度和残余应力。研究结果表明:超声滚压处理后,试样表面显微组织发生明显的塑性变形,形成约1μm的塑性变形层;试样平均表面粗糙度Ra值降低,表面更加平整,表面硬度和表面残余压应力升高;超声滚压处理改变了表面压应力的分布规律,即试样的残余压应力最大值都不在表面,而在次表面,残余压应力作用层由100μm增加至700μm。     

超声滚压装置设计及试验研究

设计了一种新的超声滚压装置,并利用该装置研究了超声滚压加工对18CrNiMo7-6齿轮钢表面性能的影响。首先对滚压装置进行了结构设计,应用ANSYS Workbench对装置进行了模态分析和谐响应分析,通过调整滚压装置结构,使该装置能够正常高效地工作;然后综合利用NPFLEX型三维表面形貌测量系统、Proto高速大功率X射线残余应力分析仪、HV-1000型显微硬度计及VHX-2000E型超景深三维显微系统观察分析了超声滚压加工前后试样的表面粗糙度、表面二维形貌、表层显微硬度及残余应力。经超声滚压加工后试样的表面粗糙度从3.003μm降低至0.419μm,最大残余压应力出现在距离表面80μm处,大小约为-672.04MPa,高硬度层达到了200μm。结果表明,利用该装置能够有效的改善材料的表面性能。     

超声滚压载荷对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律

为了提高列车车轴的使用寿命,研究分析了不同强化处理后试样的表面形貌及其粗糙度、表层组织结构、表面硬度及其深度和表面残余应力,探索了滚压处理和不同载荷超声滚压处理对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律。结果表明：与磨削试样相比,滚压和超声滚压处理均改善了试样的表面粗糙度,其中低载荷超声滚压试样的表面粗糙度最低,达到了0.2μm;高载荷超声滚压试样的表层获得的塑性变形层最深;高载荷超声滚压试样的表面硬度值最大,达到了370 HV0.1,并形成了深度为150μm左右的硬化层;滚压试样和超声滚压试样表面均产生了较高的残余压应力。滚压和超声滚压处理使25CrMo4车轴钢表面硬度及硬化层深度的增加、产生较高的残余压应力和表面粗糙度的降低均会对其疲劳性能的提高产生有利的影响,特别是超声滚压处理的效果更佳。但过高的载荷会使车轴钢的表面粗糙度升高,从而对其疲劳性能的提高产生不利的影响。     

超声滚压处理提高30CrNiMo8钢疲劳性能可行性的研究

为了提高机车牵引电机轴的疲劳性能,对30CrNiMo8电机轴用钢进行了超声滚压强化处理。采用金相组织和表面形貌观察、表层硬度和残余应力以及疲劳极限测试等实验手段研究了精车加工试样分别经磨削和超声滚压处理后的表层组织、表面粗糙度、硬度和残余应力以及疲劳性能的变化规律。结果表明,超声滚压后试样表层产生了约300μm厚的变形层,距表面越近塑性变形程度越大,并在最表面产生了2～3μm厚的白亮层。与磨削处理相比,经超声滚压处理后试样的表面粗糙度Ra由精车的1. 886μm减小到1. 303μm,与磨削的1. 404μm相当;而表面硬度由350 HV增加到446HV,且随着距表面的距离增加而逐渐减小,其硬化层厚度约为300μm;而表层残余压应力由-249MPa大幅度提高到-838 MPa。超声滚压试样的疲劳极限比磨削试样的提高了约为33. 5%。此外,根据表面的粗糙度值,可以用超声滚压替代磨削这一工序。     

超声表面滚压处理对45钢摩擦学性能的影响及机理

采用超声表面滚压处理(USRP)技术对45钢表面进行强化处理,通过表面形貌和表层显微组织观察、表面粗糙度和摩擦磨损性能测试,研究了USRP对该钢摩擦学性能的影响及机理。结果表明:USRP试样的表面粗糙度由未处理试样的3.2μm降低到0.23μm;显微组织得到了细化,晶粒取向趋于随机分布,有大角度晶界出现;表面显微硬度比未处理试样的提高约56%,强化层厚度达到400μm;USRP试样的摩擦因数小于未处理试样的,磨损量为未处理试样的1/4;未处理试样磨损过程中表面材料呈"片块状"脱落,磨损机制为黏着磨损,USRP试样磨损表面上存在犁皱形成的沟槽,磨损机制为磨粒磨损。     

AZ31B镁合金超声滚压表层力学性能的纳米压痕测试

超声滚压可以使镁合金表面纳米化,从而影响表层的力学性能。研究多道次超声滚压AZ31B镁合金表层力学性能,可以为镁合金超声滚压仿真分析提供依据。本文通过车削和多道次超声滚压对AZ31B镁合金棒进行表面处理,采用白光干涉ZeGageTM Plus光学轮廓仪对车削和超声滚压后试样的表面形貌进行观测,通过纳米压痕仪测定试样表层的纳米硬度和弹性模量,并获得载荷-位移曲线。结果表明,经3道次超声滚压加工后,AZ31B镁合金表面粗糙度由车削后的0.568um降低至0.192um,下降了66.2%;相同的加载方式下,越接近超声滚压表面,纳米压痕深度越浅;在距离表面300μm深度内,纳米硬度得到明显提升,且越接近超声滚压表面,纳米硬度越大;在距离表面200μm深度内,弹性模量明显增大,说明3道次超声滚压对AZ31B镁合金表层纳米力学性能的显著影响层深度达到200μm。多道次超声滚压提高了材料表层的纳米硬度和弹性模量,起到了表面强化的作用。     

超声表面滚压加工对Ti-6Al-4V合金显微组织及表面完整性的影响

采用"回"字形加工路径对退火态Ti-6Al-4V合金进行超声表面滚压加工(USRP),使用光学显微镜、透射电镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力分析仪、表面三维形貌仪等设备对USRP后合金的显微组织和表面完整性进行表征。结果表明:USRP后Ti-6Al-4V合金表面形成了厚度约300μm的塑性变形层,塑性变形层的表面为等轴纳米晶层,次表面为晶粒取向一致的长条状纳米片晶层;USRP后Ti-6Al-4V合金的显微硬度最高达到390 HV,表面粗糙度由0.76μm减小为0.23μm。随着距表面距离的增大,合金的残余压应力先增大后减小。     

Ti6Al4V表面激光织构化及其干摩擦特性研究

利用激光加工在Ti6Al4V表面分别构筑直线织构、网格织构和凹坑织构,并对试样的表面粗糙度和横截面硬度进行表征和测试,采用多功能微摩擦磨损试验机评价试样表面织构化对其干摩擦性能的影响,使用三维显微镜和扫描电镜对摩擦实验前后试样的形貌进行分析。研究结果表明:经激光织构化处理后,试样表面硬度显著提高,其中凹坑织构试样的表面硬度最高,直线织构试样的表面硬度最低;当选取适当间距时,凹坑织构试样的摩擦因数小于抛光试样的摩擦因数,而网格织构和直线织构试样的摩擦因数大于抛光试样的摩擦因数。SEM照片显示,织构表面的凹坑起到了捕获磨屑的作用。     

超声振动激光切削钨合金表面质量评价试验

对90W-7Ni-3Fe硬质合金进行了超声振动激光切削测试，并分析了表面完整性的影响因素，通过实验对工件的显微组织形貌、表面结构、残余应力、粗糙度、表面硬度与晶体位错密度开展了研究。研究结果表明：采用超声振动激光切削方式获得了比常规切削模式更小的粗糙度，对犁沟与鳞刺起到显著抑制作用，获得了更小的工件表面粗糙度，显著改善了加工质量。以相同工件进行切削时得到的钨相与粘结相位于亚表面区域的变质层，钨相变质层达到400 nm的厚度，粘结相变质层达到1μm的厚度。采用超声振动激光切削得到的工件表面位错密度相对常规切削。与基体硬度相比，以UEVC与CC方式切削加工表面硬度显著提高，超声切削试样表面更明显硬化。采用超声振动方式形成了更高残余应力。     

超声冲-滚处理工业纯钛焊接接头摩擦学性能研究

采用自行研制的超声冲-滚处理装置对工业纯钛焊接接头进行处理,分析不同工艺参数对工业纯钛焊接接头焊缝区域表面粗糙度、硬度的影响。结果表明:经超声冲-滚处理,材料表层晶粒尺寸均细化至纳米量级,变形层厚度可达320μm左右;试样表面的粗糙度略有增加;其硬度值由HV146.6提升至HV312.8,较未处理材料提高了113.4%。采用球盘式结构试验机对超声冲-滚处理试样进行干摩擦磨损实验,研究不同工艺参数对试样摩擦磨损性能的影响,用扫描电镜观察磨损后试样的表面形貌。结果表明:超声冲-滚处理试样摩擦因数与磨损量较未处理试样均有所减小,在冲击电流1 A、冲击时间9 min时达到最小值:超声冲-滚处理试样的磨痕更浅,磨损表面更平整,表明超声冲-滚处理明显改善了工业纯钛焊接接头摩擦磨损性能。     

干式车削不同淬硬状态淬硬钢已加工表面粗糙度及三维形貌的试验研究

使用PCBN刀具对5种不同淬硬状态(40±1HRC,45±1HRC,50±1HRC,55±1HRC,60±1HRC)Cr12MoV模具钢进行干式硬态车削试验,揭示了切削速度、走刀量、切削深度、工件硬度对已加工表面粗糙度及三维形貌的影响规律及机理。研究结果表明:与车削硬度为40±1HRC、45±1HRC、60±1HRC的工件相比,以v=50,250,450,650,850m/min车削硬度为50±1HRC、55±1HRC的工件时,切削速度对表面粗糙度的影响较为显著,最小表面粗糙度可达0.569μm。车削60±1HRC的工件时,随切削深度的增大,表面粗糙度值逐渐减小,当a_p0.15mm时,Ra1.00μm;而走刀量的影响规律与其反之,当f0.15mm时,Ra1.00μm。已加工三维形貌表明,车削较软的工件时,由于刀具切削刃后刀面对被高温软化的已加工表面的二次伤害使得三维形貌突起的棱脊模糊不清;车削较硬的工件时,刀-工界面硬质颗粒的犁耕效应及后刀面的小沟槽复制效应,使已加工表面产生小沟槽。     

AZ31B镁合金功率超声珩磨空化试验研究

空化效应是功率超声珩磨中最常见的现象,为探究空化对被加工材料性能的影响,对表面抛光后的AZ31B镁合金进行超声振动空化实验,采用正交试验研究了超声振幅、与工件距离、超声时间对试件硬度和表面粗糙度的影响,并对试件进行金相组织分析。结果表明:空化可以造成材料表面形貌的改变,并对材料的硬度和表面质量产生变化。影响材料硬度的主要因素依次是超声时间、与工件距离、超声振幅,空化可以将工件硬度提升1. 5-3倍左右,最优参数组合为超声振幅75%、与工件距离1. 0mm、超声时间20min;粗糙度的主要影响因素是与工件距离、超声时间和超声振幅,在超声时间20min、与工件距离2mm、超声振幅50%条件下,试件表面粗糙度Rq值最小,表面质量最好。在硬度最高的试验组条件下,表面晶粒尺寸由15μm减小到2μm左右。因此,超声空化在一定的控制条件下,能明显改善工件的硬度和表面质量,工件硬度的改变与超声空化导致晶粒细化现象有关,试验分析结果对材料改性有现实借鉴意义。     

强化研磨加工中喷射角度对GCr15轴承钢耐摩擦腐蚀性能的影响

研究不同喷射角度下强化研磨处理GCr15轴承钢板表面耐摩擦腐蚀性的影响.通过改变强化研磨喷射角度,在3.5％NaCl中进行摩擦磨损实验,测试其耐摩擦腐蚀性能.并对试样进行金相组织、SEM、显微硬度、质量磨损和表面磨痕分析.在不同喷射角度下的摩擦腐蚀试验下,磨损量分别为0.0925 g、0.0533 g、0.0247 g,低于未处理的试样(0.1311 g),其表面磨痕宽度分别为491.9μm、346.8μm、323.2μm,比未处理的试样低(545.9μm),但是其表面粗糙度分别为Ra0.545μm、Ra0.598μm、Ra0.618μm,比未处理的试样高(0.481μm).当喷射角度由30°增加至90°时,其质量磨损量下降72％,表面磨痕宽度下降41％,表面粗糙度上升18％,强化层厚度增加55％,当喷射角度为90°时,试样的显微硬度最高(HV895.4).由此得出结论:不同喷射角度下强化研磨加工处理GCr15轴承钢板后,材料表层虽然粗糙度有所提升,但是组织尺寸变小、硬度提高、出现组织均匀的致密强化层,在综合条件下材料的耐摩擦腐蚀性能得到提高.     

不同加工工艺对EA4T车轴表面性能的影响

对车削加工后的EA4T车轴进行打磨、滚压和超声滚压等工艺的表面强化处理,测量了经过不同工艺处理后车轴圆弧处的表面粗糙度、表面残余应力和表层硬度,对比观察了不同工艺处理后车轴的表面形貌和表层微观组织。结果表明:超声滚压处理的车轴圆弧表面光洁度最好,粗糙度值低至0.074μm;车轴圆弧处车削加工后表面轴向和周向残余应力都为拉应力,经过打磨、滚压和超声滚压处理后都转变为压应力,超声滚压处理后轴向残余压应力达到-770MPa;超声滚压处理车轴的表面硬度值最大,硬化层深度也最深;超声滚压处理后车轴表层微观组织最均匀,且细晶层的厚度最大。     

超声纵扭辅助铣削TiAl合金表面质量及刀具磨损研究

TiAl合金属于典型难加工材料,采用传统方式加工难以获得良好的表面质量,因此文章提出采用超声纵扭辅助铣削TiAl合金。试验采用单因素对照方法,研究了超声纵扭铣削（ULTM）与普通铣削（CM）加工TiAl合金时工艺参数对表面粗糙度、表面形貌及显微硬度的影响规律。研究结果表明,ULTM铣削可以改善TiAl合金的表面粗糙度,获得普遍较低的粗糙度值（Ra<0.6μm）;ULTM对TiAl合金表面硬化具有强化作用,能使表面硬度平均提升超过10%,并且采用ULTM加工得到的工件和切屑表面质量都较好。此外,铣削150 mm3的TiAl合金时发现ULTM的刀具底刃磨损量明显减小,刀具主要发生氧化磨损和扩散磨损。     

7055铝合金高速加工表面完整性对疲劳寿命的影响

为优化高强度铝合金高速铣削工艺参数,提高构件的疲劳寿命,通过高速铣削及疲劳试验,研究了7055铝合金高速铣削工艺参数对表面完整性的影响以及表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明:铣削表面残余应力均呈现为压应力;每齿进给量对表面粗糙度的影响大于铣削速度的影响,铣削速度和每齿进给量对表面显微硬度的影响不显著;7055铝合金试样的疲劳寿命随表面粗糙度增大而降低,随表面残余压应力增大而提高;在试验参数范围内最佳的铣削参数为铣削速度1 100 m/min、每齿进给量0.06 mm/z,试件的表面粗糙度为Ra0.327μm,表面显微硬度为187.44 HV0.025,表面残余应力为-177.7 MPa,疲劳寿命为1.275×105次。     

超声辅助微细磨料水射流加工陶瓷试验研究

针对陶瓷材料难加工的特性,提出了超声辅助微细磨料水射流加工技术。基于响应曲面法对工程陶瓷进行切槽试验,测量加工沟槽底部表面粗糙度,通过建立表面粗糙度预测模型,分析了系统压力、超声振幅及靶距对加工质量的影响规律。当系统压力为32.8MPa、振幅为16μm、靶距为10mm时,获得最低表面粗糙度为0.746μm。通过试验验证了该预测模型的准确性和有效性。     

车削加工工艺对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

对不同工艺车削加工的EA4T车轴钢进行旋转弯曲疲劳试验,研究了车削加工工艺对该钢疲劳性能的影响.结果表明:在不同车削加工工艺下,试验钢轴向残余压应力的最大值与最小值相差50MPa,周向残余拉应力的最大值与最小值相差25MPa,车削加工工艺对残余应力的影响不大;不同车削加工工艺下试验钢表面粗糙度均小于0.8μm,且表面粗糙度的最大值与最小值相差0.15μm,车削加工工艺对表面粗糙度的影响不大;当表面粗糙度小于0.8μm时,车削加工工艺对疲劳寿命的影响不大;疲劳断口均分为裂纹源区、裂纹稳态扩展区和瞬断区,且均只有一个裂纹源,疲劳裂纹都是在表面较深车痕的根部萌生并向内扩展.     

碳纤维增强树脂基复合材料加工表面粗糙度对疲劳性能的影响

采用磨削和铣削(顺铣、逆铣)加工工艺获得不同表面粗糙度Sa的碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料试样并进行拉-拉疲劳试验,基于刚度退化模型分析了加工表面粗糙度对疲劳性能的影响.结果表明:磨削、顺铣和逆铣试样的Sa分别为1.2,3.2,5.9μm;磨削试样0°纤维铺层表面纤维缺失,存在空隙,铣削试样在45°纤维铺层表面存...