喷丸强化残余应力对疲劳性能和变形控制影响研究进展

作为机械表面强化技术之一,喷丸强化使工件表层发生形变硬化,引入较高的残余压应力,减少了疲劳应力作用下微裂纹的萌生并抑制其扩展,从而显著提高零件的抗疲劳断裂和抗应力腐蚀开裂的能力。基于喷丸残余应力解析计算模型,从余弦函数模型、接触应力模型和球腔膨胀模型三个方面介绍喷丸强化残余应力的产生,进而对喷丸残余应力的仿真预测及影响规律进行论述。为了提高试件疲劳强度而引入的残余压应力会带来影响形位精度的变形,基于此阐述了喷丸残余应力对疲劳性能的影响及其在疲劳过程中的演化,同时论述了喷丸残余应力变形预测及控制的研究现状,最后对喷丸残余应力未来的研究内容与发展方向进行展望。     

表面喷丸工艺提高金属材料疲劳性能试验分析

在航空航天等领域,疲劳失效甚至占到所有零件失效的80％～90％,金属材料的表面强化技术,例如表面喷丸工艺成本较低且适用场景广泛而被工业界和研究人员关注.介绍了ZK60镁合金、Ti60钛合金以及0Cr13Ni8Mo2Al钢在喷丸处理前后疲劳寿命的对比,说明了喷丸技术对多种金属构件的疲劳性能的提升具有非常显著的效果.通过喷丸等表面强化技术可以很好地提高材料的疲劳寿命,从而避免危险事故的发生,节约经济成本.     

喷丸强化对2024铝合金疲劳性能的影响分析

以2024铝合金材料为研究对象,开展了表面喷丸处理对材料疲劳性能的影响研究。采用试验方法对比分析了2024铝合金试件在喷丸强化前后的疲劳性能。在此基础上采用ABAQUS有限元软件模拟分析了喷丸强化后试件的残余应力分布规律。两组疲劳试验数据对比分析表明:喷丸强化后2024铝合金材料的疲劳寿命可以提高(1.53~2.55)倍。有限元分析结果表明:喷丸强化在材料表层引入了残余压应力,从而提高了材料的疲劳性能。分析结果为定量研究喷丸强化对材料疲劳性能的影响提供了参考。     

铝合金超声波喷丸成形制件表面完整性研究

采用试验方法对AA2024-T351进行数控超声波喷丸成形,研究了超声波喷丸成形制件的显微硬度、残余应力场、表面形貌、表面粗糙度及半高宽等随超声波喷丸过程参数变化的规律,定性地探讨了AA2024-T351超声波喷丸后表面完整性的改善状况。结果表明:超声波喷丸后,制件的显微硬度得到了明显提高（最大增幅为20%）,同时在材料表面产生了一定厚度的硬化层（深度约为300μm）;制件内部引入数值较高、分布呈现梯度形式的残余压应力场,残余压应力场的临界深度在500~650μm之间,在距表面200μm处产生了最大残余压应力;制件表面形成一道道犁沟,表面喷丸区域的粗糙度Ra有一定程度的增大;制件表面层的半高宽值变大,深度在125μm左右,半高宽的增大表明材料冷作硬化程度加大、晶体内部位错密度有一定程度的增大。显微硬度的提高、残余压应力场的引入及表面层组织的细化有助于喷丸成形制件疲劳寿命、抗磨损和抗腐蚀性能的提高。     

铝锂合金预腐蚀疲劳退化研究

铝锂合金是一种新型的航空用铝合金。本文基于电化学原则建立了某地的腐蚀加速环境谱,并基于加速环境谱,研究了铝锂合金预腐蚀疲劳性能。研究结果表明,低腐蚀损伤对其疲劳寿命影响不大,而高腐蚀损伤会明显缩短试件的疲劳寿命。     

超声喷丸表面强化技术的研究现状与应用进展

综述了超声喷丸对材料表面完整性、疲劳强度、耐腐蚀性能的影响,总结了超声喷丸的应用现状,展望了超声喷丸的发展方向。     

S′和T2相对8090铝锂合金低周疲劳行为的影响

研究了特殊沉淀相Ｓ′和Ｔ２对８０９０Ａｌ－Ｌｉ合金低疲劳性能和断裂行为的影响，结果表明，在具有相近尺寸主要强化相δ′情况下，大量针状Ｓ′相的存在显著了提高合金的循环应力，并且具有明显的循环软化趋势，而Ｔ２相的存在不仅降低循环应力，而且大大恶化低周疲劳寿命。     

喷丸与激光喷丸强化高强度钢对比试验

为了考察和对比喷丸(SP)和激光喷丸(LSP)2种表面强化技术对金属零件的强化效果,以30CrMnSiNi2A钢为试样,进行喷丸和激光喷丸强化处理试验。试验结果显示,2种强化试样的残余压应力和硬度都有较大的提高。分别测定了喷丸强化和激光喷丸强化试样在同一应力水平下的疲劳寿命,并运用扫描电镜分析了两者的疲劳断口。试验结果表明,激光喷丸强化试样中值疲劳寿命是喷丸强化试样的1.11~2.75倍,激光喷丸强化比喷丸强化在提高金属零件表面性能方面的效果更佳。     

喷丸强化对新型7055-T7751铝合金疲劳性能的影响

对7055-T7751新型铝合金表面进行了陶瓷丸喷丸强化处理,采用X射线衍射仪、表面轮廓仪、扫描电子显微镜、显微硬度计等研究了喷丸强度、喷丸覆盖率等工艺参数对铝合金表面残余应力场、表面粗糙度、表面损伤及表面加工硬化和疲劳性能的影响。结果表明:优化工艺参数下的喷丸强化能够显著提高该铝合金的疲劳性能,并不是喷丸强度或喷丸覆盖率越高强化效果越好,而是存在合理的喷丸强化参数范围,在优化条件下铝合金可以获得良好的综合表面完整性,疲劳断裂抗力最高;确定的优喷丸参数为喷丸强度0.15mm,覆盖率100%,以此参数强化处理的7055-T7751铝合金的疲劳寿命是基材的2.7倍。     

7050铝合金的表面增压喷丸纳米化

在普通喷丸设备上加增压罐,采用增压喷丸方法对7050铝合金表面进行喷丸处理;用X射线衍射仪、光学显微镜、透射电镜、选区电子衍射仪等对合金表层结构进行了观察与分析,并用显微硬度计测试了表层的硬度。结果表明:经增压喷丸处理后7050铝合金表层的衍射峰明显宽化,随着处理时间的增加,塑性变形层厚度增加,表层晶粒细化至纳米级,平均晶粒尺寸约为40 nm;纳米化后的合金表层硬度比心部硬度提高了1.5倍,其原因可归结为细晶强化及加工硬化。     

喷丸对TC4钛合金残余压应力场及疲劳寿命的影响

研究了不同弹丸及喷丸参数对喷丸后TC4钛合金表面形貌、表面塑性变形程度、残余压应力场和疲劳寿命的影响。结果表明:与铸钢弹丸相比,陶瓷弹丸喷丸强化后TC4钛合金表面的起伏程度变化不大,但能有效地覆盖加工刀痕;随喷丸压力增大和喷丸时间延长,试样表面的累积塑性变形先快速增大后趋于饱和;当喷丸压力达到0.25 MPa、铸钢弹丸喷丸时间大于40 s或陶瓷弹丸喷丸时间大于80 s时,最大残余压应力可达到610 MPa,残余压应力场深度超过250μm;两种弹丸喷丸强化后,TC4钛合金的疲劳寿命分别可提高10倍和20倍以上。     

渗碳与喷丸复合处理对18Cr2Ni4WA钢表面完整性及疲劳性能的影响

为提高18Cr2Ni4WA钢齿轮的服役性能,研究了渗碳与喷丸强化复合处理对18Cr2Ni4WA钢表面完整性及常规疲劳和接触疲劳性能的影响规律。利用X射线应力仪、粗糙度仪、扫描电子显微镜、显微硬度计等测试和分析了表面组织结构、残余应力场、表面粗糙度、表面形态特征及表面加工硬化作用。结果表明:合理的喷丸强化工艺与渗碳复合处理能够显著提高18Cr2Ni4WA齿轮钢的旋弯弯曲疲劳性能和接触疲劳性能,但并不是喷丸强度越高,疲劳性能越好,而是存在较佳的喷丸强化参数,此条件下可获得良好的表面完整性,因而常规机械疲劳抗力和接触疲劳抗力均可协调提高。过高强度的喷丸处理会破坏渗碳钢的表面完整性,不利于疲劳性能。此外,复合改性对常规疲劳行为和接触疲劳行为的影响规律有所不同,此归于二者失效机制及控制因素的差异。     

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。     

喷丸表面强化处理Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的弯曲疲劳性能及断口分析

由于孔隙的存在,粉末冶金材料的性能较差,尤其是疲劳性能,而喷丸后续处理工艺可显著降低材料表面的孔隙率,对疲劳性能起到明显的强化效果。因此,采用超声弯曲疲劳试验方法研究喷丸后续处理工艺对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末冶金烧结材料的疲劳性能的影响。结果显示,喷丸处理可以明显提高Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C烧结钢的疲劳性能,在106、107、108循环周次条件下,喷丸前试样的条件疲劳极限分别为424 MPa、311 MPa和229 MPa,喷丸后的分别为513 MPa、421 MPa和346 MPa,依次提高了21.0%、35.2%和51.0%。断口分析发现,喷丸处理对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的疲劳断口的影响主要在裂纹萌生阶段,未经过喷丸处理的试样裂纹源集中在应力最大的试样喷丸表面棱角处,喷丸强化后的试样疲劳裂纹在喷丸表面的亚表面萌生,裂纹源有向试样亚表面移动的趋势。     

喷丸对TC4钛合金材料叶片的影响研究

文章主要通过试验的方式,研究喷丸对钛合金材料(Ti-6Al-4V)长叶片的疲劳寿命、表面粗糙度、表面完整性、渗入Fe元素含量等的影响,为确定合理的钛合金材料长叶片喷丸方式提供一定的帮助.