激光冲击与喷丸复合强化TC17钛合金表层残余应力研究

目的 分析激光冲击与机械喷丸复合强化钛合金表层残余应力场及其在疲劳载荷下的稳定性。方法 采用薄壁叶片强化参数先后对TC17钛合金表面进行激光冲击强化和喷丸强化,利用X射线衍射法分析两种工艺复合强化表层的残余应力分布,并分别在25、400 ℃拉-拉疲劳加载条件下分析复合强化表层残余应力的稳定性。结果 激光冲击与喷丸复合强化表面残余应力值为-600 ~ -800 MPa,残余压应力幅值沿深度不断递减,压应力层深度为0.7~0.8 mm。表面至0.1 mm深度范围内的残余应力分布梯度较大,其分布特征主要受控于喷丸工艺,而距表面0.1 mm以下的残余应力分布梯度较小,其分布特征受控于激光冲击强化工艺。结论 激光冲击和喷丸强化顺序对最表层残余应力的均匀性有一定影响,对最表层以下的残余应力分布影响较小。复合强化表面残余应力在室温疲劳加载后具有较好的稳定性,在400 ℃疲劳加载下发生一定量松弛后趋于稳定。     

前混合水射流喷丸残余应力的数值模拟

金属材料的疲劳破坏已经成为制约金属零件使用寿命的主要因素,用水射流喷丸来改变金属材料表面的残余应力以提高金属零部件的疲劳寿命已成为最有效的方法。本文根据有限元理论,运用动力显式算法建立有限元模型,将喷丸过程简化为弹丸撞击靶体的模型,利用ANSYS／LS—DY—NA软件进行了数值模拟。结果表明：研究靶体的残余应力分布情况能得出最大残余压应力的值及位置,能得出残余应力场的分布和残余应力场深度;研究靶体的应变能够得出靶体表面的变形和表面Y应变的分布。     

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.     

汽车板簧喷丸强化后残余应力和强度的关系及其衰减规律研究

研究了汽车板簧经喷丸后的残余应力对疲劳强度影响以及在不同载荷运转下残余应力的衰减规律。结果表明:疲劳运转过程中残余压应力会发生衰减,加载应力越大,大幅度衰减的周次数越低;在过载系数为1.2应力下运转尚未断的试样,残余应力衰减量相近,高应力的衰减量比低应力大;纵向应力比横向应力衰减快。     

喷丸条件对残余应力场的影响规律

采用试验方法研究了喷丸条件对残余挤压应力场的影响规律.试验对不同弹丸尺寸、不同覆盖率所形成的残余应力场采用X射线方法进行测量,结果表明,喷丸条件对残余应力场的深度和水平的影响存在如下规律:弹丸尺寸对残余应力场的深度影响明显,在相同的喷丸气压和喷丸强度下,大弹丸形成的残余应力场较深;弹丸覆盖率对残余应力水平影响明显,相同喷丸气压下,增加喷丸覆盖率则能提高残余应力水平;试件厚度对应力分布无明显影响.     

飞机腐蚀损伤构件喷丸强化后的表面残余应力场

目的：研究喷丸方式、飞机构件腐蚀损伤表面形状参数对受喷表面残余应力场的影响。方法以7075铝合金腐蚀损伤飞机构件为研究对象,采用玻璃弹丸作为喷丸介质,通过 Abaqus 软件建立随机多弹丸有限元模型,获得固定方向喷丸和固定角度喷丸两种喷丸方式下以及不同损伤表面几何形状参数下的表面残余应力场,并通过试验进行验证。结果采用固定角度喷丸能够获得比较均匀的表面残余应力场,而固定方向喷丸时,损伤构件表面不同部位的残余应力存在明显差异。结论在其他参数不变的情况下,弹丸入射角越小,残余压应力越大。应尽量采用垂直撞击方式进行喷丸处理,喷丸处理前清理腐蚀产物时,应形成较为平缓的损伤面过渡区域。     

复合喷丸工艺对S30432钢表面应力与组织的影响

采用扫描电镜、X射线衍射仪研究喷丸形变处理工艺对S30432钢表面残余压应力分布与组织结构变化的影响,分析了不同喷丸工艺下表面残余应力的分布特征。结果表明,采用钢丸与陶瓷丸复合喷丸工艺,材料表面残余压应力约为-520 MPa,而最大残余应力值在距表面大约0.02 mm处,其值约为-550 MPa;采用单一钢丸的喷丸工艺,表面残余压应力约为-400 MPa,距表面大约0.06 mm处残余压应力达到最大值,约为-500 MPa。喷丸后在形变层形成许多位错墙并将组织分割为细小的位错胞。     

激光冲击对WC-Co硬质合金微观结构和残余应力的影响

目的提高硬质合金表面残余压应力和显微硬度,为后续研究激光冲击对硬质合金刀具耐磨损性能的影响提供指导依据。方法采用脉冲波长为1064 nm、脉冲宽度为15 ns的Nd:YAG激光器,对WC-Co硬质合金表面进行冲击强化处理。通过数字显微硬度计、X-350型残余应力测试仪,分别评价激光冲击前后硬质合金硬度和残余应力的分布,并通过扫描电镜对其表面形貌、截面微观组织进行分析。结果激光能量为5 J时,表面存在大量孔洞,WC晶粒未发生变化。激光能量高于10 J时,孔洞和凹陷区基本消失且表面WC晶粒细化。经激光冲击后,表面形成10~23?m的致密层,在塑性变形区γ相均匀分布。与未冲击表面相比,冲击后的显微硬度和残余压应力分别提高34.2%、77%,且平均摩擦系数由0.5033降低到0.4214。结论激光冲击改善了WC-Co硬质合金微观组织结构和残余应力状态,提高了硬度,有利于提高WC-Co硬质合金的耐磨性。     

高强度钢喷丸强化残余压应力场特征

对高强度钢不同喷丸强化规范下引入的残余压应力场进行了深入研究，归纳了喷丸强化残余压应力场的特征，总结了工程上实用的喷丸残余压应力场规律并澄清了一些错误认识。     

S30432钢表面喷丸残余应力场的分析

运用有限元软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了钢丸喷射所产生的残余应力场,分析了喷丸强度、弹丸尺寸对S30432不锈钢靶材残余应力分布的影响以及变化特征。计算结果表明,喷丸后靶材表面产生残余压应力层,在近表层产生最大残余应力峰,同时在次表层形成二次残余应力峰。在相同弹丸直径、不同喷丸速度下,靶材近表层产生的最大残余压应力峰位接近,次表层产生的残余压应力峰位随速度的增加而加深,但近表层最大残余压应力值随速度的增加而增大;在相同喷丸速度、不同弹丸直径的喷丸作用下,近表层产生的最大残余压应力值的大小相近,而次表层产生的残余压应力峰值随弹丸直径的增大而增加,残余压应力影响层深度随速度增加呈线性增加。     

喷丸处理的锆合金残余应力场分布规律

目的通过不同的喷丸处理工艺,探索适用于锆合金包壳管的喷丸处理参数。方法对锆合金包壳管采取9种不同的喷丸处理工艺且编号(1—9号),采用XRD残余应力检测技术,对处理后的包壳管试样分别进行轴向和切向的残余应力场测定。结果未喷丸处理的试样表面轴向、切向残余应力分别为-277 MPa和-250 MPa,最大应力在最外表层。喷丸处理试样表面轴向残余压应力比未喷丸处理的大,只有9号工艺对应的表面轴向残余应力比未喷丸的小,这很有可能是因为喷丸强度过大,在表面形成了微裂纹,残余应力得以释放,所以锆合金包壳管的喷丸强度不宜超过0.40 mm A。对于强度较高的5—9号喷丸工艺,喷丸强度达到0.15 mm A以上,包壳管压应力影响层的厚度均超过460μm,几乎达到了喷丸处理后包壳管的整个壁厚。在相同喷丸强度和相同弹丸直径条件下,玻璃丸的表面压应力和最大压应力与不锈钢丸的相近,不锈钢丸处理的压应力影响层比玻璃丸处理的压应力影响层厚约80μm。结论在相同喷丸强度和相同弹丸材料下,改变弹丸直径对锆合金两个方向上的表面残余应力和最大残余应力的大小影响不大;直径较小的弹丸对应轴向最大残余应力的位置更深,直径较大的弹丸对应切向最大残余应力的位置更深。随着锆合金喷丸强度的增加(没有出现过喷),表面两个方向上的残余应力都增加,两个方向上的最大残余应力也有所增加。     

TC18超高强度钛合金喷丸残余压应力场的研究

采用X射线衍射及相应交相关定峰法，通过电解抛光逐层测定了TC18超高强度钛合金喷丸的残余压应力，并分析了残余压应力场的特征及规律，同时研究了在交变应力和温度下残余压应力的松弛，结果表明，残余压应力场中的最大值为材料的本征参数，它与喷丸强化工艺无关，这对超高强度钛合金喷丸工艺的制定和应用具有重要意义。     

不同入射角弹丸强化残余应力场的数值模拟

目的通过建立有限元模型模拟研究弹丸入射角度对残余应力场和强化效果的影响。方法采用ABAQUS软件建立了单粒弹丸强化靶体的三维对称模型,对单个弹丸喷丸强化进行了数值模拟,模拟了50、75、100 m/s三种不同速度下,弹丸垂直入射作用在靶体上所产生的残余压应力场,以及30°、60°和90°三种不同入射角度下靶体上产生的残余应力场。结果不同速度下弹丸垂直入射作用在靶体上所产生的残余压应力场的模拟结果显示,随着弹丸速度的增加,靶材次表层的最大残余压应力以及压应力层深度增加。不同入射角度下靶体上产生的残余应力场深度和大小变化不相同,入射角为90°(垂直入射)时,所产生的残余压应力最大,入射角为60°时次之,入射角为30°时最小。结论模拟结果与实验结果的残余压应力最大值和曲线的变化趋势基本一致,吻合程度较高,说明所建的有限元模型可靠。在相同速度下,随着入射角度不断变大,所产生的最大残余压应力也不断增加,在垂直入射时达到最大值。     

合金舱体内腔毛糙化喷丸处理

通过选取合适的喷丸工艺方案和参数,确定喷丸喷射方式、喷丸磨料、喷丸压力及喷射角度,设计专用工装以保护不允许进行喷丸处理的表面及连接处,设计专用喷射装置确保细长筒体内部喷射效果一致。处理后内腔表面辐射率降低为0.4 W·m~(-2)·s·r~(-1)球面度,满足要求。对合金舱体内腔表面采用毛糙化喷丸处理,处理后毛糙化程度较高且表面均匀,能有效减少表面辐射率,不影响工件几何尺寸。     

TC4钛合金激光冲击强化与喷丸强化的残余应力模拟分析

目的 通过对激光冲击强化和喷丸强化后的试样进行残余应力测试分析,得出两种工艺在残余应力形成机理、残余应力层深以及残余应力均匀性等方面的差异.方法 一方面采用有限元方法 模拟激光冲击强化及喷丸强化的过程,将材料在两种强化冲击下的响应进行对比,研究残余应力的形成过程,并对残余应力场的分布规律进行总结分析.另一方面,分别用两种强化技术处理TC4钛合金的表面,并用剥层X射线衍射实验测试材料表层的残余应力.最后将实验结果 与测试结果 进行对比,验证有限元模拟的有效性.结果 当这两种强化效果产生-500 MPa的表面平均残余应力时,激光冲击强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度可达0.6 mm以上,而喷丸强化后的TC4钛合金表层残余压应力层深度只有0.15 mm左右.结论 由于诱发材料塑性变形的机制不同,激光冲击强化往往能获得比喷丸强化更好的残余压应力深度,同时激光冲击强化的材料的表面残余应力分布也比喷丸强化的材料更均匀.     

高能喷丸强化60CrMnBA弹簧钢残余应力和疲劳性能研究

利用气动式喷丸机对60CrMnBA弹簧钢进行喷丸强化处理,对喷丸强化前后试样小孔两侧残余应力分布进行测试,研究喷丸时间对60CrMnBA弹簧钢疲劳寿命的影响。结果表明,机械喷丸强化后,60CrMnBA弹簧钢表层分布高幅值残余压应力,显著降低了疲劳裂纹的扩展速率,疲劳寿命明显提高。     

汽车板簧应力抛丸强化生产线的研制

汽车板簧应力抛丸强化生产线的研制成功,解决了国内汽车板簧应力抛丸工艺装备成线且实现连续可靠生产等问题。     

The Effect of Shot Peening on the Fatigue Strength of Pure Titanium

The changes of the substructure, the residual stress and the surface roughness of shot peened pure titanium were analyzed by means of SEM, TEM, XRD and surface roughness measurements in this paper. The results show that shot peening increased the fatigue strength of pure titanium. The substructures of shot peened pure titanium consist of dislocations, deformation twins and deformation bands. Fatigue loading will relax the compressive residual stress and decrease the strengthening effect. The increased surface roughness has negative effects.     

喷丸方法对不规则构件表面残余应力分布规律的影响

目的 优化喷丸强化工艺,提升喷丸工艺的强化效果。方法 采用预定义场和基于移动矢量的快速建模方法,实现满足表面全覆盖和不同喷丸方法的有限元模拟。通过对模拟结果中的应力值进行局部坐标转换,分析不同喷丸方法条件下残余应力沿受喷构件表面切线方向的分布规律。结果 在喷射方向固定的喷丸方法中（方法-1）,弹丸撞击角度在不同区域内的变化范围为60°~90°,且随弹丸撞击角度的增加,弹丸撞击时的动能消耗率和应变能转变率分别由71.6%和5.3%提高到89.0%和7.5%,表面覆盖率也随之增加。在喷射角度固定的喷丸方法中（方法-2）,弹丸撞击角度始终为90°,表面覆盖率分布均匀,从而使得在凸圆弧面、斜面和凹圆弧面内采用方法-2获得的表面残余应力比方法-1的大,且两者差值沿+x方向呈现先增加、后保持稳定、再减少的变化规律。结论 与喷射方向固定的喷丸方法相比,采用喷射角度固定的喷丸方法,因弹丸撞击角度大,弹丸撞击动能消耗率及应变能转变率高,且表面全覆盖能得以保证,构件在凸圆弧面、斜面和凹圆弧面内能获得较大的表面残余压应力值。     

AISI-304奥氏体不锈钢喷丸残余应力的有限元模拟

目的针对喷丸有限元模拟中多数模型的弹丸数量较少,不能准确反映喷丸过程中弹丸位置的随机性及喷丸覆盖率对残余应力场影响的问题,对喷丸过程的有限元模拟技术进行优化。方法基于大型有限元分析软件ABAQUS,使用python编程语言对弹丸在三维空间中的分布进行随机化处理,建立了随机多弹丸喷丸AISI-304奥氏体不锈钢的有限元模型。在喷丸覆盖率大于100%的条件下,模拟分析了喷丸工艺中弹丸的数量、尺寸和弹丸的速度对残余应力场的影响,结合试验对有限元模型的合理性进行了验证。结果增加弹丸数量可提高残余压应力层的厚度和残余压应力的最大值,当弹丸数量为90颗时,残余压应力场接近饱和;增加弹丸速度,靶材残余压应力的峰值、表面应力值及残余压应力场的深度值增大,残余压应力峰值出现的位置基本不变;增大弹丸的直径,靶材残余压应力峰值、峰值的位置、表面应力值及残余压应力场的深度值均明显增大。结论喷丸残余应力的试验测量结果和有限元模拟结果吻合,模型合理。