基于高强度钢的冷挤压内螺纹抗疲劳机理研究

根据高强度钢内螺纹的成形过程,从微观的角度研究表层残余应力、表面粗糙度以及表面显微硬度与硬化层等零件状态方面的因素对内螺纹疲劳性能的影响。结果表明,冷挤压内螺纹表层金属具有细长纤维状结构,呈流线型沿牙面法相分布,晶粒被破碎和细化,位错密度显著增加,出现加工硬化现象,使得金属的强度与硬度增加。螺纹表层形成的残余压应力场,能够消除应力集中的影响,减小疲劳缺口敏感,延长裂纹萌生期,减慢或抑制裂纹的扩展。挤压螺纹的表面没有明显的加工痕迹,表面平整性较好,可有效地减小螺纹表面粗糙度,减少产生应力集中,有助于提高螺纹的疲劳性能。     

喷丸改性对7050铝合金FSW接头性能的影响

对5 mm厚的7050铝合金搅拌摩擦焊接头进行喷丸表面改性处理,并对喷丸前后的接头进行残余应力测量、低周疲劳裂纹扩展试验,研究喷丸改性对焊接接头残余应力分布和焊核区、热影响区疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,喷丸处理提高了接头表面粗糙程度,但接头表层及近表层产生硬化层,二次喷丸处理后的表层硬度值达198HV。二次喷丸最高硬度值比焊接态高33.1%。喷丸引入的残余压应力随喷丸次数增加而增大,最大压应力值位置也移向板材更深处。焊核区、热影响区疲劳裂纹扩展速率相对焊接态均降低,表明喷丸改性提高了接头两微区抗疲劳断裂的能力。     

摩擦系数对齿轮接触应力分布的影响

从J—C公式(两平行圆柱体同时受到法向和切向赫芝压强时的应力分布)出发,在计算机上用优化方法计算了不同摩擦系数下,最大切应力τ_(max),等效应力σ_e和正交切应力τ_(XZ)的极大值位置。结果表明,当摩擦系数分别为0.18和0.24时,τ_(max)和σ_e的最大值位置到达表面。当z>b时,摩擦系数的变化对τ_(max)和σ_e的分布没有显著影响。当摩擦系数增大时,动态的正交切应力τ_(XZ)由对称循环状态向脉动循环状态过渡,而τ_(XZ)的极大值位置的x坐标及应力变程没有显著变化。还在计算结果的基础上对接触疲劳破坏的力学条件进行了讨论。     

高线3H减速箱小齿轮断裂失效分析

由于齿轮表面的接触应力超过了齿轮的接触疲劳极限,造成了齿面的局部损伤(齿面剥落),裂纹首先在次表层产生,裂纹扩展后齿面被压碎,同时造成齿面渗碳层连同齿顶剥落,同时由于该齿轮没有及时的停机,碎的齿块夹入其余运转的齿中,增加了齿轮的载荷,这样就在比较短的时间内劣化扩展开来,断齿快速增加促使部分齿从根部疲劳断裂.     

表面爆炸处理后的ZGMn13Cr2钢的冲击磨损性能及硬化机理

对ZGMn13Cr2钢表面进行一次爆炸处理,测量其冲击磨损性能,观察不同硬化层的显微组织,分析其硬化机理。实验结果表明:经爆炸处理后的ZGMn13Cr2钢硬度随硬化深度的增加而降低,耐磨性提高了1.32～1.41倍,磨损形貌以犁沟、剥落坑为主,还有少量破碎坑;通过对不同硬化深度的实验用钢表面进行显微表征,发现硬化层内产生了大量的形变孪晶,爆炸表面具有高密度位错的畴界,距爆炸表面10 mm处有泰勒晶格以及距爆炸表面20 mm处出现大量平行的滑移带和滑移带交割,未观察到马氏体组织,仍以基体奥氏体为主,这说明一次爆炸处理的ZGMn13Cr2钢的硬化机理为孪晶硬化和位错硬化的复合机制。     

电子束沉积SiC/ZrO2热防护层的结构优化及其抗热震性能

高性能辐射热防护层是高超声速飞行器金属热防护系统的重要组成部分。为获得高性能的热防护层,利用L5 EB-PVD电子束物理气相沉积设备在Haynes 214镍基合金表面沉积了SiC/ZrO2防护层,测试了其在热循环条件下的抗热震性能;通过分析其沉积温度及厚度对残余热应力的影响,确定了热防护层的沉积工艺参数。结果表明:热防护层在800℃和900℃循环80次后未出现明显的宏观裂纹;1000℃循环60次后,SiC表面层应力集中区出现裂纹,在交变热应力作用下,裂纹不断扩展形成网状龟裂纹,最终导致热防护层剥落;热膨胀系数不匹配导致热防护层在急冷急热热震过程中产生热应力是导致其失效的主要原因。     

1D—C／C拉伸断裂的SEM动态原位观察

采用动态ＳＥＭ原位技术对一种单向炭／炭复合材料（１Ｄ－Ｃ／Ｃ）的拉伸断裂过程进行了跟踪观察。结果表明，该材料为表面多处随机起裂，主裂纹择优扩展，表面裂纹扩展时裂纹尖端的表层热解炭基体发生塑性变形，塑变区形状与由Ｍｉｓｓｅｓ屈服准则所预测的塑性区尺寸符合得很好。     

25G客车车轮踏面缺陷分析

在役25G特快客车用巴西和马钢的车轮上均出现横向裂纹、剥离和剥落等缺陷。对缺陷车轮进行了分析,认为热裂纹源于马氏体层中的微裂纹;近表层区域的应力状态决定了热裂纹的扩展形态,热裂纹扩展的结果导致剥离、剥落缺陷的出现。     

Stavax ESR钢塑料模具抛光面缺陷原因分析

Stavax ESR钢塑料模具在加工过程中,抛光面出现密集分布的麻点和水波纹缺陷。采用化学成分分析、硬度测试、非金属夹杂物检测、金相检验等方法,分析了麻点和水波纹缺陷产生的原因。结果表明:在热处理过程中温度过高造成晶粒粗大,过热组织带来高的淬火应力;同时粗大的板条状马氏体条束导致模具表面产生楔形裂纹,表面组织应力重新分布和弹性变形,表面楔形裂纹形成折叠裂纹,最终使得模具表面产生麻点和水波纹缺陷。     

螺旋伞齿轮表面金属剥落原因分析

某橡胶装置胶液搅拌器减速箱螺旋伞齿轮发生表面金属剥落失效,通过宏观检验、介质成分分析、材料成分分析、硬度测试、金相检验等方法对齿轮表面金属剥落的原因进行了分析。结果表明:润滑油水含量超标是造成该齿轮表面金属剥落的主要原因;水含量超标使润滑油黏度降低,齿轮间的摩擦力增大,齿轮运转过程中的接触疲劳应力促使凹坑形成,并造成金属剥落。针对金属剥落的原因对减速箱及齿轮的验收、维护提出了建议。     

单向围压作用下切缝药包爆破爆生裂纹扩展规律的研究

为了研究单向围压作用下切缝药包爆破爆生主裂纹的动态力学行为,采用新型数字激光动态焦散线实验系统开展多组爆破光测实验,同时使用LS-DYNA有限元软件分析初始应力对爆炸应力场的影响。结果表明:裂纹的扩展方向和延伸长度受控于切缝角度和压力的共同作用,当压力垂直和平行切缝方向时,分别能够抑制和促进爆生主裂纹的萌生及演化,降低和提升扩展速度及动态应力强度因子,当压力与切缝成一定角度时,主裂纹偏向压力方向扩展,动态力学参数减小。数值分析结果显示,当压力分别垂直和平行切缝方向时,初始围压静加载在环向形成压缩和拉伸预应力,能够降低和提高爆炸冲击在环向的拉伸作用,从而削弱和增强爆炸荷载的冲击致裂能力。     

在Ti-6Al-4V翼面上形成残余压应力的模拟试验

在表面层形成残余压应力可提高交变载荷下承载件的疲劳寿命.例如,高速旋转的涡轮叶片,通常采用喷丸的方法使其表面产生残余压应力.但这种方法产生的压应力层较浅,在外来载荷作用下容易消失,甚至变成残余拉应力.而采用激光脉动冲击波(LSP)处理承载件表面时,瞬间产生的压……     

航空用7475-T7351铝合金厚板耐腐蚀性能

研究航空用7475-T7351铝合金厚板晶间腐蚀及剥落腐蚀性能,并利用金相和透射电镜分析该合金的腐蚀行为。结果表明:7475铝合金无明显晶间腐蚀,剥落腐蚀程度由表层的EA级递增至心部EC级。7475铝合金厚板发生剥落腐蚀主要是由于合金为片状组织,同时晶界存在由电偶腐蚀构成的通路,晶界腐蚀产物体积膨胀产生楔入力使晶间腐蚀沿着与表面平行的方向发展并逐步演变为剥落腐蚀。再结晶程度由表层到中心逐渐降低,晶粒长宽比增加,剥落腐蚀倾向增大,导致表层到心部的剥落腐蚀程度增加。     

金属疲劳裂纹扩展形式和过程的研究

金属疲劳断裂,是指金属材料在低于拉伸强度极限的交变应力反复作用下缓慢发生的疲劳裂纹,经逐步扩展后导致突然破坏的断裂。根据交变载荷(应力)振幅的大小,一般可分为应力和应变疲劳,或称高循环和低循环疲劳。 疲劳问题的重要性,不但在于绝大多数工程零件(估计约占90％)的提前破坏属于疲劳断裂,而且因为疲劳裂纹的产生和扩展,往往     

脉冲激光束表面强化20CrMo齿轮材料的性能

传统的渗碳后淬火+低温回火方法处理20CrMo齿轮材料会产生较大的应力和变形,将对齿轮的质量产生极为不利的影响.采用脉冲激光束对渗碳后的20CrMo合金进行表面强化,并与传统的渗碳后淬火+低温回火的处理方式进行了对比.结果表明:20CrMo合金钢在激光熔凝作用下表层产生了致密的硬化层,且激光照射能量越大,硬化层越厚,硬化深度最大可达到0.35 mm;与渗碳后淬火+回火处理的试样相比,激光束照射虽然使表面粗糙度上升,但是表面硬度可提高75％,摩擦系数和磨损量均较低,有效改善了其表面的耐磨性.     

表面应变强化对不锈钢应力腐蚀开裂的影响

本文利用表面应强化(喷丸)处理的方法来改善奥氏体不锈钢(1Crl8Ni9Ti)和马氏体不锈钢(Cr17Ni2)的SCC倾向性,其主要结果如下: 1. 表面应变强化处理能够显著地改善奥氏体及马氏体两种不锈钢的抗SCC性能。 2. 表层内塑变诱生的具有高位错密度的马氏体及残余压应力是提高奥氏体不锈钢SCC抗力的两个主要因素。 3. 表层内高位错密度的马氏体及残余压应力是提高马氏体不锈钢SCC抗力的两个主要因素。 4. 应力腐蚀条件下亚稳态奥氏体不锈钢的SCC,实质上是塑变诱生马氏体的类解理断裂。     

晶向对铝合金构件微动疲劳初始起裂的影响研究EI北大核心CSCD

交变荷载作用下铝合金板材及结构组件的微动疲劳问题是飞机安全服役所面临的主要挑战和技术难题,而微动疲劳影响因素辨识是微动疲劳评估及控制的关键。为促进飞机构件微动疲劳评估及控制技术的发展,利用晶体塑性有限元方法和子模型-全局模型耦合技术研究了飞机机身铆钉-平板结构在压、剪交变应力循环作用下裂纹萌生特征,探讨了以晶向表征的材料细观织构分布对铝合金试样微动疲劳的影响。研究发现,晶向分布将对晶体材料的弹性模量和屈服及硬化强度造成明显影响;晶向分布对微动疲劳接触面起裂部位的影响不明显,而对亚表面起裂部位影响比较显著;晶向分布对微动疲劳初始起裂寿命的影响比较明显。研究结果表明,晶向分布这一细观织构影响了晶体材料宏观尺度的弹性强度特征和塑性变形特征,并对金属构件微动疲劳初始起裂寿命、亚表面裂缝发轫位置及扩展特征均造成了影响。基于该研究结论,利用材料加工方法改变金属晶体试样浅表层的晶向分布状态,将可以对微动疲劳裂缝发轫及扩展起到抑制作用。     

曲轴表面黑色麻点产生原因分析

某船用柴油机曲轴在最终精加工后表面局部出现黑色麻点导致产品失效。通过宏观分析、低倍检验、化学成分分析、扫描电镜微观分析、金相分析以及能谱分析等方法,对曲轴表面黑色麻点产生的原因进行了分析。结果表明:曲轴表面的黑色麻点为点腐蚀坑,是曲轴在机械加工过程中接触到了腐蚀性介质发生了腐蚀,最终的精加工余量较小,未能完全被去除腐蚀影响层,从而在曲轴表面形成了黑色麻点。     

激光相变硬化残余应力研究

本文主要采用X射线法对激光相变硬化处理后试样表面至内部的残余应力进行逐层测定。并辅以小孔应力释放法予以比较。结果表明:在通常激光相变硬化处理参数下,碳钢的残余应力按正弦波规津分布。表面为压应力,内部为拉应力。其幅值随激光参数减小而减小。二次激光相变硬化处理的残余应力为拉应力。本文对残余应力在激光相变硬化处理热循环过程中的形成进行了解释。在最初升温阶段,表面发生热塑性变形而形成少量压应变。在随后的冷却过程中产生拉应变。当发生奥氏体向马氏体组织转变时,又产生压应变。因此,最终残余应力状态是表面达到的温度,塑性屈服量,组织转变量等因素综合影响的结果。而与是终形成的组织,残余奥氏体量等没有对应关系。     

粗糙度对热障涂层冲蚀失效的影响及模型建立

采用气体喷砂试验机研究了大气等离子喷涂(APS) ZrO₂-7%Y₂O₃(7YSZ)热障涂层的冲蚀失效机理, 分析了陶瓷层表面粗糙度对热障涂层冲蚀磨损率及失效行为的影响, 研究了基于多孔层状的热障涂层在常温高速粒子90°攻角下的冲蚀失效特征, 探讨了多孔层状结构对涂层冲蚀失效演变机制的作用, 此外, 建立了基于粗糙度的冲蚀失效数学模型。研究结果表明: 冲蚀磨损率与陶瓷层表面粗糙度呈线性递增关系; 涂层在高速粒子冲蚀下多孔层状结构加剧了涂层的冲蚀失效; 涂层表面在粒子冲蚀下承受着非均匀、非连续的压-压脉动循环载荷, 在微凸粗糙表面承载着正应力和切应力的相互作用; 正应力迫使涂层出现凹坑, 切应力易导致涂层出现沟槽, 并同时以原喷涂态表面网状裂纹为策源地诱发裂纹在粒子晶界和层间界面萌生扩展导致涂层产生粒子和片状剥落, 最终涂层显示出典型的磨粒磨损和低周疲劳失效形式。