曲轴激光喷丸强化试验研究

采用实验的方法,研究了激光冲击强化对175A型柴油机曲轴疲劳寿命的影响,取得了激光冲击强化试验条件下曲轴过渡圆角处残余应力场的数据。并将激光冲击强化工艺效果和曲轴滚压强化效果做了对比性分析,结果表明：虽然激光冲击强化效果不如曲轴滚压强化,但考虑到激光工艺参数精确可控、加工质量好、成本低以及可避免滚压强化所造成的表面疲劳、撕痕等,激光冲击强化工艺可望代替滚压强化成为新型的曲轴强化手段。通过此类激光冲击强化强化实验可优化激光冲击的相关参数,使曲轴过渡圆角产生有利的残余应力场。     

弹簧表层优化喷丸残余应力场的工程计算方法

以往多是依靠疲劳试验或经验来选择弹簧的喷丸强化工艺参数，这种传统作法不仅人力和物力耗费大，而且所确定的工艺参数也不一定具有最佳的强化效果。依据作者提出的并已获得试验验证的“内部疲劳极限理论”，提出一种通过工程计算获得达到预先规定疲劳强度应具备的“优化残余应力场”。这样便有可能把喷丸强化工艺技术在制造业中的应用由以往单纯依靠试验和经验而步入到以工程计算为基础与少量典型试验相结合的更科学的途径。     

高能喷丸过程中的物质转移现象

采用高能喷丸技术在铝合金表面制备出纳米晶结构层，利用金相显微镜（OM），扫描电子显微镜（SEM／EDS），透射电子显微镜（TEM）及X射线衍射仪（XRD）等设备对高能喷丸铝合金表面层的显微结构及成分进行分析。结果表明：在高能喷丸表面纳米化过程中，弹丸中的Fe，cr原子在强制机械力的作用下转移进入铝合金表面，在材料表层约30μm的深度范围内形成分布不均匀的合金化层。这可能是纳米晶体中大量界面的形成使合金元素原子能够快速扩散和偏聚的结果。     

Evaluation of Surface Residual Stresses in Friction Stir Welds Due to Laser and Shot Peening

The effects of laser, and shot peening on the residual stresses in friction stir welds (FSW) has been investigated. The surface residual stresses were measured at five different locations across the weld in order to produce an adequate residual stress profile. The residual stresses before and after sectioning the coupon from the welded plate were also measured, and the effect of coupon size on the residual stress relaxation was determined and characterized. Measurements indicate that residual stresses were not uniform along the welded plate, and large variation in stress magnitude could be exhibited at various locations along the FSW plate. Sectioning resulted in significant residual stress relaxation in the longitudinal direction attributed to the large change in dimensions in this direction. Overall, laser and shot peening resulted in a significant reduction in tensile residual stresses at the surface of the specimens.     

表面完整性对马氏体不锈钢疲劳性能的影响

研究了马氏体不锈钢表面喷丸强化后表面粗糙度，表面形貌，表面残余应力和表面层残余压应力场等表面完整性的变化及其对疲劳性能的影响，结果表明：马氏体不锈钢对表面粗糙度比较敏感，经喷丸强化后产生的残余压应力有利于提高疲劳寿命，且采用低喷丸强度时对疲劳性能更加有利。     

铝合金表面纳米化处理及显微结构特征

采用高能喷丸技术在1420铝合金上制备出纳米晶结构表层,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜及高分辨电子显微镜研究由表层沿厚度方向的结构变化特征,并对硬度沿厚度方向的变化进行分析.结果表明:经过表面高能喷丸处理,样品表面形成了厚度约为20μm的纳米晶层,平均晶粒尺寸由约20 nm逐渐增加到约100nm;距表层约20～50 μm为亚微细晶层;表面纳米化的程度与塑性变形量有关;表面纳米化是通过位错滑移的塑性变形方式实现的;与样品的内部相比,表面硬度显著提高.     

New development in welding thin-shell aluminum alloy structures with high strength

From the viewpoint of welding mechanics, two new welding methods-welding with trailing peening and welding with trailing impactive rolling were introduced. For aluminum alloy thin-shell structures with high strength, welding will lead to hot cracking, poor joint and distortion. In order to solve them, trailing impactive device was used behind welding torch to impact the different positions of welded joints, thus realizing the welding with free-hot cracking, low distortion and join tstrengthening. By use of impactive rolling wheels instead of peening heads, the outlook of welded specimen can be improved and stress concentration at weld toes can be reduced. Equipment of this technology is simple and portable. It can used to weld sheets, longitudinal and ring-like beams of tube-like structures, as well as the thin-shell structures with closed welds such as flanges and hatches. So the technology has the wide application foreground in the fields of aviation and aerospace.     

关注疲劳再评表面纳米化

前文《追溯历史评表面形变纳米化》指出变形的细化结构早在20世纪七八十年代已有研究，21世纪初的纳米晶仅冠以新潮名称。文中从测定方法进一步说明一种结构两个名称的原因。位错胞以错角为参数，纳米晶只强调大小未涉及错角，两者的尺度属同一数量级。近年用滚压加大错角，虽实现纳米晶，却是将30年前的磨损表面当作强化。比较大小和错角对性能的影响，表面纳米化以H-P关系为准则，认为细化晶粒可以提高强度。这个关系是统计工厂中日用材料所得，属经验规律，并无理论依据。近年试验表明形变层位错胞大小对力学性能影响不大，错角却起关键作用。H-P关系不能用于形变层结构，表面纳米化的理论依据不成立。
喷丸的主要贡献是提高疲劳强度，公认残余压应力起主导作用。表面纳米化认为结构细化，屈服强度提高，相应延缓疲劳裂纹萌生，提高了疲劳强度。却没有试验证实此机理的正确性。实际上，获得纳米化的强喷丸表面伴随有裂纹，不存在裂纹萌生阶段。文中展示了喷丸强度和出现微裂纹几率的关系。明确强变形表面属裂纹体，应该用断裂力学而非经典力学的连续体处理。介绍表面形变各影响因素对疲劳裂纹扩展作用的试验，结果表明残余压应力仍是提高疲劳性能的主导因素。追求纳米化的加工硬化，牺牲塑性换取强度，导致裂纹扩展加速，对疲劳有害无益。     

二次喷丸42CrMo钢表面完整性的数值模拟研究

目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型,并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中,构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。结果二次喷丸后,42CrMo钢零件近表层(0～100μm)的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的提升作用最为明显,最大可比初始状态提高63.3%,而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果最不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加,提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度,覆盖率为300%时,粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加,但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后,表层PEEQ值会趋于饱和。结论二次喷丸预测模型揭示了二次喷丸参数与42CrMo钢零件表面完整性之间的影响规律,为二次喷丸的工业应用提供了一定的参考意义。     

碳钢表面喷丸诱导低温B-Cr-Re共渗研究

目的进一步拓宽低温B-Cr-Re共渗技术的应用。方法采用喷丸技术对20钢表面进行预处理,处理的时间分别为0.5、1.0、1.5 h,然后进行低温B-Cr-Re固体共渗及其力学性能研究,共渗温度为600℃和650℃,保温时间6 h。利用高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等,对预处理后基体表层结构和B-Cr-Re低温扩散层组织结构及力学性能进行表征。结果经喷丸处理后,基体表层发生严重塑性变形,晶粒发生破碎并逐渐细化,获得平均晶粒尺寸分别为50、58、65nm的纳米结构层,晶界明显增多。预处理时间越长,基体表层变形程度越严重,获得的纳米结构越明显;同时由于原子排列发生错排,阻碍了基体表层位错等缺陷的运动,故在基体表层观察到高密度位错等结构缺陷。经喷丸处理后,600℃下处理不同时间的B-Cr-Re低温共渗层组织连续、均匀,存在孔洞,平均深度约为7、8、7μm,650℃下处理不同时间的B-Cr-Re低温共渗层组织连续、均匀、致密,平均深度约为21、24、22μm,力学性能良好。结论喷丸处理后,基体表层存在较多的晶界和高密度位错,为后续B-Cr-Re的低温共渗提供了更多结构和能量支持,降低了B原子的扩散激活能,提高了B原子的扩散速度。这项工作为低温B-Cr-Re共渗技术的应用拓宽了领域。