湿喷丸强化对TC4钛合金表面状态及疲劳性能的影响

采用陶瓷湿喷丸强化技术对TC4合金进行表面改性处理,研究湿喷丸强度对钛合金表面状态及拉拉疲劳寿命的影响规律。结果表明,湿喷丸强化在材料表面引入残余压应力场,随喷丸强度增加残余压应力层变深。喷丸强度为0.1~0.2 mmN时,材料表面机加工痕迹得到有效去除,且表面粗糙度降低。湿喷丸强化后,材料表层位错密度增加,晶粒细化。湿喷丸强化能够明显改善TC4合金疲劳性能,改善效果和喷丸强度间不是单调关系,即存在最优喷丸工艺参数。在喷丸强度0.3 mmN条件下,疲劳寿命是基材的1.93倍,改善效果最明显。     

表面喷丸强化处理对TC11钛合金疲劳性能的影响

目的改善TC11钛合金的抗疲劳性能。方法采用喷丸表面强化工艺对TC11钛合金进行了表面强化处理,研究了喷丸强化处理、喷丸+二次喷丸强化处理对TC11钛合金试样表面粗糙度、残余应力、显微组织及疲劳性能的影响。结果喷丸处理能够在试样表层引入厚度约230?m的残余压应力场,但同时导致试样表面粗糙度值增加。喷丸后进行表面二次喷丸,试样表面残余压应力值和残余压应力峰值提高,但残余压应力峰值的位置和残余压应力层的厚度变化不大。二次喷丸对试样表面起到一定程度的修复作用,使试样表面粗糙度值降低。喷丸后试样表层组织发生明显的塑性变形,晶粒变细,而喷丸+二次喷丸处理可使试样表层组织得到进一步细化。喷丸处理后,试样的疲劳强度由480 MPa提高至540 MPa,提高了12.5%,二次喷丸使试样的疲劳强度提高至570 MPa,在喷丸的基础上继续提高了5.5%。结论喷丸后对试样表面进行二次喷丸对表层残余应力场的影响不大,二次喷丸主要通过降低试样表面粗糙度值和细化试样表层组织,使试样的疲劳强度得到进一步提高。     

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.     

Ti-6Al-4V合金的陶瓷湿喷丸表面强化工艺

采用新型陶瓷湿喷丸强化工艺对 Ti-6Al-4V 合金进行表面处理,研究不同喷丸强度对 Ti-6Al-4V 合金微观组织、形貌及残余应力的影响,并通过拉-拉疲劳试验验证陶瓷湿喷丸的强化效果,分析喷丸前后的断裂机理。结果表明：湿喷丸后的表面粗糙度较干喷丸的低,表面粗糙度、残余应力和应力场深度均随着喷丸强度的增加而增加,最大残余应力达-895 MPa,压应力层深度约为250μm;拉-拉疲劳极限比初始的提高了12.4%。微观组织分析表明,喷丸处理后合金的表层位错密度显著增大,晶粒细化,表面形成超细晶。     

喷丸强化对TC17钛合金疲劳性能的影响

采用铸钢丸对TC17钛合金材料进行了喷丸强化处理,研究了喷丸强化对表面粗糙度的影响,利用X射线应力仪分析强化层残余应力沿厚度方向分布情况,对比分析了TC17试件喷丸强化前后的疲劳性能。结果表明:喷丸对TC17钛合金表面完整性有十分大的影响,喷丸后表面粗糙度Ra由0.3μm增加至1.6μm左右;喷丸后表面残余应力在-600~-700 MPa之间,残余应力场深度达到160μm左右。喷丸可显著提高TC17钛合金的疲劳性能,与未喷丸相比,TC17钛合金喷丸后疲劳极限提高34%以上。     

Ti-6Al-4V合金的陶瓷湿喷丸表面强化工艺（英文）

采用新型陶瓷湿喷丸强化工艺对Ti-6Al-4V合金进行表面处理,研究不同喷丸强度对Ti-6Al-4V合金微观组织、形貌及残余应力的影响,并通过拉-拉疲劳试验验证陶瓷湿喷丸的强化效果,分析喷丸前后的断裂机理。结果表明:湿喷丸后的表面粗糙度较干喷丸的低,表面粗糙度、残余应力和应力场深度均随着喷丸强度的增加而增加,最大残余应力达-895 MPa,压应力层深度约为250μm;拉-拉疲劳极限比初始的提高了12.4%。微观组织分析表明,喷丸处理后合金的表层位错密度显著增大,晶粒细化,表面形成超细晶。     

Ti-6Al-4V钛合金陶瓷湿喷丸表面强化微观组织与疲劳性能

采用陶瓷湿喷丸强化工艺对Ti-6Al-4V合金进行表面处理。结果表明:经湿喷丸后,材料表面硬度由330HV提高到416HV;表面粗糙度由原始的0.35μm增大到0.48μm,较传统的干喷丸相比,粗糙度值小一个数量级;表面残余应力达-749 MPa,且最大压应力位于最表层,残余压应力层深度约为120μm;拉-拉疲劳强度由605 MPa提高到680 MPa。微观组织分析表明:喷丸处理后钛合金表层位错密度显著增加,晶粒细化,基面织构由(100)向(101)转变。陶瓷湿喷丸强化处理可提高Ti-6Al-4V合金的疲劳强度。     

7075高强铝合金表面喷丸残余应力场及其热松弛试验研究

对7075高强铝合金试件进行表面喷丸强化,分析表面粗糙度与表层残余应力分布情况,并引入退火热处理评估喷丸对疲劳寿命的增益效果与稳定性。结果表明,喷丸同时引入显著的表层残余压应力,表层残余应力峰值与表面粗糙度随喷丸强度增加而逐渐加剧且应力峰内移;残余应力场根据退火处理的温度与时间不同出现水平不一的应力松弛,并最终稳定在新的残余应力场状态。     

喷丸强化对FGH4097粉末高温合金室温高周疲劳极限的影响

对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力(σr)和超显微硬度(DHV),采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明:室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深、更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率;喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生,从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。     

TC4-DT钛合金喷丸残余应力场及其热松弛行为

采用不同喷丸工艺对TC4-DT钛合金试样进行喷丸强化.使用X射线衍射仪分析了表层压应力场特征,研究了150 ℃和300℃保温过程中的残余应力热松弛规律.结果表明,喷丸后材料表面形成一定深度的残余压应力场,材料表面粗糙度增加.在时效过程中温度和保温时间对残余应力松弛的影响由热激活过程控制,应用Zener-Werft-Avrami公式分析了热松弛过程.     

The disconnection mechanism of coupled migration and shear at grain boundaries

The mechanism of coupled migration and shear is studied in a range of [0 0 0 1] tilt boundaries in hexagonal close-packed metal using atomic-scale computer simulation. Symmetrical tilt boundaries spanning the low- and high-angle regimes and comprising regular arrays of grain boundary dislocations are simulated. For each misorientation, θ, the perfect boundary (pristine) is investigated as well as one containing a disconnection. Both types of structures are subjected to incremental applied strains to determine the stress that produces coupled migration and shear. The stress for motion in the pristine case, entailing nucleation, is higher than the Peierls stress for motion when disconnections are present. We conclude that the applied stresses in our simulations exert a Peach-Koehler force on pre-existing disconnections, thereby providing a feasible mechanism with a well-defined driving force that produces coupled migration and shear. This mechanism is feasible for the lower-angle boundaries studied, and facile for the high-angle cases.     

CYCLIC DEFORMATION OF COARSE GRAINED POLYCRYSTALLINE PURE Ai——Ⅰ.SLIP CHARACTERISTICS

Comparing with ordinary ploycrystalline materials sized to μm grade,the slip morphology ofthe coarse grained polycrystalline pure Al is characterized by:(1)several slip domains occurin a grain,and in same domain,several slip systems operate at same time or one after anotherintensely,a beautiful and neat slip pattern is forming on the specimen surface;(2)for highΣ-value coincident and random grain boundaries,the grain boundary affecting zone(GBAZ),bout 50—120μm wide,is favourable site to form intergranular crack at early fa-tigue life easily,and migration or slide of the boundaries were often observed.While lowΣ-value near-coincident grain boundaries show a higher degree of slip continuity and straincompatibility than high Σ-value ones.Intergranular crack is not easily nucleated at lowΣ-value near-coincident boundaries;and(3)due to suppression of grain boundary slip attriple grain boundary node,the high Σ-value and random grain boundary among the threeboundaries of tricrystal crack easily during cyclic deformation.     

Mobility of Σ5 tilt grain boundaries: Inclination dependence

Molecular dynamics simulations were performed to examine the influence of grain boundary inclination on the stress-driven motion of flat <0 1 0> Σ5 tilt asymmetric of different inclinations in Ni. The inclination dependence of the mobility, boundary diffusivity and energy are correlated. Special properties are associated with low index boundary planes.     

CYCLIC DEFORMATION OF COARSE GRAINED POLYCRYSTALLINE PURE Al Ⅰ. SLIP CHARACTERISTICS

研究了粗大晶粒(直径10mm以上)纯Al多晶材料在循环形变中的滑移行为,与一般的多晶材料(晶粒大小为微米量级)的滑移行为比较有如下特点:(1)在一个晶粒内存在由于不同滑移系统的开动所造成的不同滑移区,可称之谓形变畴或滑移畴;在同一畴区内也可有几个滑移系统同时或先后强烈地操作,在试样表面形成美丽而整齐的滑移图像。(2)对于较大∑值或随机晶界结构,晶界对滑移形变的影响区约在距离晶界50—120μm的范围内。这类晶界往往在疲劳寿命早期就可萌生裂纹。晶界迁移、晶界滑动现象也能经常观察到;对那些低∑值的重位晶界,一般情况下滑移线都能连续地穿越晶界,在晶界区的形变不协调性小,这样的晶界往往不易成为裂纹的萌生地点。(3)三叉晶界的节点抑制了晶界滑动,是形变不协调较大的区域,造成较大的应力集中,尤其三条晶界中的高∑值的或随机的晶界,往往是沿晶开裂的优先部位。     

粗晶纯Al多晶材料的循环形变——Ⅰ.滑移特征

研究了粗大晶粒(直径10mm以上)纯Al多晶材料在循环形变中的滑移行为,与一般的多晶材料(晶粒大小为微米量级)的滑移行为比较有如下特点:(1)在一个晶粒内存在由于不同滑移系统的开动所造成的不同滑移区,可称之谓形变畴或滑移畴;在同一畴区内也可有几个滑移系统同时或先后强烈地操作,在试样表面形成美丽而整齐的滑移图像。(2)对于较大∑值或随机晶界结构,晶界对滑移形变的影响区约在距离晶界50—120μm的范围内。这类晶界往往在疲劳寿命早期就可萌生裂纹。晶界迁移、晶界滑动现象也能经常观察到;对那些低∑值的重位晶界,一般情况下滑移线都能连续地穿越晶界,在晶界区的形变不协调性小,这样的晶界往往不易成为裂纹的萌生地点。(3)三叉晶界的节点抑制了晶界滑动,是形变不协调较大的区域,造成较大的应力集中,尤其三条晶界中的高∑值的或随机的晶界,往往是沿晶开裂的优先部位。     

Computation of Five-Dimensional Grain Boundary Energy

A broken-bond type computational method has been developed for the calculation of the five-dimensional grain boundary energy. The model allows quick quantification of the unrelaxed five-dimensionally specified grain boundary energy in arbitrary orientations. It has been validated on some face-centred cubic metals. The stereo projections of grain boundary energy of ∑3,∑5,∑7,∑9,∑11,∑17 b and ∑31a have been studied. The results of Ni closely resemble experimentally determined grain boundary energy distribution figures, suggesting that the overall anisotropy of grain boundary energy can be reasonably approximated by the present simple model. Owing to the overlooking of relaxation matter, the absolute values of energy calculated in present model are found to be higher than molecular dynamic-based results by a consistent magnitude, which is 1 J/m2 for Ni. The coverage of present method forms a bridge between atomistic and meso-scale simulations regarding polycrystalline microstructure.     

金属材料疲劳损伤的界面效应

总结了不同金属材料在低周疲劳过程中典型的晶界、孪晶界、相界和微电子互连界面的损伤开裂行为. 纯Cu中疲劳裂纹萌生的难易顺序为: 小角度晶界、驻留滑移带和大角度晶界. 对于纯Cu与铜合金中退火孪晶界, 是否萌生疲劳裂纹与合金成分有关, 随合金元素的加入降低了层错能, 退火孪晶界相对容易萌生疲劳裂纹. 对于Cu--Ag二元合金, 由于存在不同的晶界和相界面, 是否萌生疲劳裂纹取决于界面两侧晶体的取向差, 通常两侧取向差大的界面容易萌生疲劳裂纹. 在微电子互连界面中, 疲劳裂纹萌生位置与焊料成分和时效时间有关,对于Sn--Ag/Cu互连界面, 疲劳裂纹通常沿焊料与界面化合物结合处萌生; 对于Sn--Bi/Cu互连界面, 随时效时间增加会出现明显的由于Bi元素偏聚造成的界面脆性.     

Nb双晶中晶界腐蚀与位向差的关系

用干涉显微镜研究了具有对称倾斜晶界的Nb双晶的晶界腐蚀。除了在靠近重合位置点阵(CSL)晶界处出现极小值外,腐蚀深度d是随位向差θ的增大而增加的。对小角度晶界,d随θ的变化遵循Read—Shockley关系。用计算机模拟方法计算了晶界的原子结构及其局部膨胀,用自由体积的变化解释了晶界腐蚀的结构依赖性。