表面状态对疲劳塑性变形局部化的影响

目的研究不同的表面状态对Waspaloy~(TM)镍基高温合金塑性变形局部化的影响,确定最优的评价塑性应变局部化的三维表面粗糙度参数。方法对两组Waspaloy~(TM)高温镍基合金先进行机械抛光至0.02mm,然后分别进行电解抛光和化学蚀刻,得到不同的两种表面状态。通过制作标准试样进行疲劳试验得到疲劳寿命,并采用原子力显微镜、扫描电子显微镜和三维表面轮廓仪分析Waspaloy~(TM)镍基高温合金在电解抛光和化学蚀刻处理前后的表面形貌以及裂纹萌生形貌。结果试样经过电解抛光和化学蚀刻后,电解抛光表面质量更好,三维表面粗糙度Sa(表面算数平均偏差)分别是0.001、0.018mm,经过疲劳试验后的值分别为0.024、0.026mm,表面粗糙度参数Sp(表面最大峰高)均为0.131mm。电解抛光试样的疲劳寿命为800,化学蚀刻试样的疲劳寿命为700。经过化学蚀刻和电解抛光的试样疲劳裂纹均是从滑移带处开始产生,并沿滑移带扩展。结论表面状态影响材料的疲劳寿命,表面粗糙度小的试样疲劳寿命长。三维表面粗糙度参数Sp适用于描述材料疲劳塑性应变局部化,其临界值揭示了材料裂纹萌生。     

基于表面形貌的裂纹萌生阶段滑移带表征

目的研究WaspaloyTM镍基高温合金在裂纹萌生阶段的表面形貌特征,找出最优表面形貌参数用以表征此阶段的滑移带特征。方法对WaspaloyTM镍基高温合金试样先机械抛光,然后采用标准金相技术分别进行电解抛光和化学蚀刻,得到两种不同的表面状态。对试样进行低周疲劳试验获得疲劳寿命,并采用透射电子显微镜(TEM)和三维表面轮廓仪,观测分析WaspaloyTM镍基高温合金在电解抛光和化学蚀刻处理后的表面形貌以及裂纹萌生阶段的表面形貌和滑移带特征。对测得的表面形貌参数进行方差分析和自助抽样统计计算,找出最优参数。结果试样在经过电解抛光和化学蚀刻后,三维表面形貌S_a(表面算数平均偏差)分别是0.72 nm和13.3 nm,试样疲劳寿命分别为800和700。两种制备状态下的样品,算术平均高度增量(ΔS_a=S_a(N)-S_a(N0))的差异非常小,且ΔS_a随疲劳加载周期(N)的增加而增加,当N100后,ΔS_a随N增加的速率减小。结论电解抛光后的表面质量更好,且表面质量越好,疲劳寿命越高。ΔS_a与表面制备方法无关,ΔS_a越大,表面越粗糙。经方差分析和自助抽样法计算分析,表面最大峰值(Sp)是最优表面形貌参数,该参数可用于区分滑移带内的损伤晶粒和未损伤晶粒。     

316不锈钢拉伸过程微观结构演化研究

研究316不锈钢在10-3s-1应变率下的拉伸硬化特性及拉伸过程中的微观结构演化。对316不锈钢进行机械研磨、抛光、化学腐蚀,然后对处理好的样品进行拉伸试验,并通过扫描电子显微镜(SEM)、VHX-2000超景深显微系统(OM)、原子力显微镜(AFM),分析316不锈钢在拉伸变形过程的微观组织和滑移带变化。结果表明:316不锈钢的屈服强度RP0.2=319 MPa,抗拉强度Rm=871 MPa,试验结束后,样品伸长率δ=41%,样品表面有明显的起伏不平;随着拉伸变形量的增大,晶粒沿拉伸方向显著增长;在拉伸过程中,滑移带逐渐增多,滑移带高度和数量随着拉伸而增长;拉伸后期,出现晶粒转动和多滑移现象,导致样品表面明显凹凸不平,粗糙度明显增大。     

螺栓结合面的三维弹塑性接触的有限元分析

为揭示螺栓结合面的微观接触机理,探究不同加载下三维表面粗糙度参数的变化,基于实测的三维形貌数据,建立了螺栓结合面的三维弹塑性有限元接触模型;进一步通过提取有限元模型表面节点坐标及其变形量,重构受压后的三维形貌.测得的表面粗糙度峰值高度明显降低,其三维粗糙度参数Sa、Sq、Sp、Sv和Sz随着装配载荷的增加而逐渐降低,粗...     

316不锈钢电解抛光最佳参数试验研究

目的得到合适的电解抛光参数,解决316不锈钢电子背散射衍射试样高效制备问题,为高精度电镜分析奠定基础。方法原材料在使用标准金相技术进行机械抛光后,再进行电解抛光。电解抛光试验以直流稳压电源供电,选择浓硫酸与浓磷酸的混合液作为电解液,在不同的电压、电流、温度等参数组合下进行电解抛光试验。试验后,在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察样品抛光面并拍摄图像。结果在确定最佳电压试验中,电压为5~10 V时,被抛光面出现腐蚀;电压为10~15 V时,出现较多条纹;电压为15~20 V时,条纹减少。在确定最佳电流试验中,电流为2~3 A时,被抛光面出现腐蚀;电流为3~4 A时,出现少量条纹;电流为4~5 A时,发生过腐蚀。确定最佳温度试验中,温度为40~50℃时,出现少量条纹;温度为50~60℃时,出现微量条纹;温度为60~70℃时,无条纹出现。结论电解抛光面的抛光质量很大程度上依赖于电解抛光参数。相对于电压参数和温度参数,电流参数对抛光面抛光质量的影响最大。最佳电解抛光参数组合为:电压15~20 V,电流3~4 A,温度60~70℃。     

喷丸强度对316不锈钢表面完整性及疲劳寿命的影响

目的阐明喷丸强度对316不锈钢疲劳寿命的影响机制。方法不同喷丸强度处理的316不锈钢试样经化学腐蚀后,利用光学显微镜观察其微观结构的变化。采用白光干涉仪、维氏显微硬度测量系统、X射线应力分析仪等,分析喷丸处理前后316不锈钢试样的表面轮廓、表面粗糙度、显微硬度以及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测得喷丸处理前后316不锈钢试样的拉伸性能和疲劳寿命。结果喷丸处理后,试样表面粗糙度明显增加,随着喷丸强度的增大,表面粗糙度S_a由0.04μm增至6.73μm。此外,喷丸处理后,产生了从表层到材料基体的微结构梯度,随着喷丸强度的变化,表面变形层的厚度位于110～290μm之间。喷丸过程中产生了加工硬化现象,并且引入了一定深度的残余压应力层。随着喷丸强度的增大,喷丸处理试样显微硬度的最大值由356HV_(0.1)增至435HV_(0.1),残余压应力的最大值由-633 MPa增至-750 MPa。与未喷丸试样相比,喷丸处理改善了材料的力学性能和疲劳特性,喷丸试样的塑性应变幅值降低,疲劳寿命明显增加。结论喷丸处理能够有效地改善316不锈钢的综合力学性能,增加其疲劳寿命。不同强度的喷丸处理效果差异明显,在喷丸强度为0.35 mmA时,达到最优喷丸效果。     

喷砂表面的多尺度分析与表征

目的对喷砂表面的复杂轮廓特征进行分析和表征,以选取能表征最佳工艺参数的三维粗糙度参数。方法以喷砂工作距离为变量对AISI 304L不锈钢试样进行喷砂处理,对喷砂处理后试样的表面形貌开展多尺度分析,选取5个评价尺度,每个评价尺度下采用12个常用的三维粗糙度参数进行表面形貌表征;分析各个粗糙度参数对于评价尺度的变化规律,同时进一步考虑喷砂工作距离对喷砂表面形貌的影响,在适宜评价尺度下建立粗糙度参数和工艺参数之间的线性回归模型。结果大部分三维粗糙度参数(Sku)的最优评价尺度均为80μm,在该评价尺度下,Sku与喷砂工作距离之间存在线性关系,且其线性相关系数最大;随着喷砂工作距离的增加,Sku随之增大,试样表面形貌的峰谷数量也随之增大。结论本次喷砂工艺实验的最优评价尺度为80μm,最优表面形貌表征参数为Sku,与普遍使用的Sa和Sq相比,Sku包含更多三维形貌信息,能更好地刻画喷砂工作距离对表面形貌的影响。     

基于激光熔覆的镍基复合涂层制备方法与性能研究

提出一种在轴类零件表面，通过激光熔覆技术制备颗粒增强的Ti/B₄C/dr40复合涂层的方法。研究和分析复合涂层中陶瓷颗粒的生成机制以及对晶粒的细化作用，柱状晶向等轴晶的转变过程，涂层表面裂纹产生的原因以及温度梯度和凝固速率对涂层显微组织的影响规律。为分析涂层的机械性能，对涂层进行硬度、压痕和划痕试验。结果表明，复合涂层与基体具有良好的冶金结合性能，凝固过程中生成的TiC和TiB₂硬质颗粒在磨损过程中起到骨架支撑作用，抑制基体的变形，降低材料去除率，提高了涂层的硬度和抗磨损性能。研究表明，通过激光熔覆技术制备的镍基复合涂层可以实现轴类零件的表面强化和再制造，具有良好的应用前景。