喷丸工艺对17CrNi2Mo钢喷丸层残余应力分布及残余奥氏体含量的影响

采用不同的喷丸工艺对渗碳淬火17CrNi2Mo钢进行表面强化处理,研究了喷丸工艺对喷丸层残余应力分布及残余奥氏体含量的影响。结果表明:喷丸能在17CrNi2Mo钢表层产生残余压应力,且残余压应力随层深增加而先增加后减小;增大喷丸强度,喷丸层的表面残余压应力、最大残余压应力及其影响层深均增大;增加喷丸次数可增大表面残余压应力和最大残余压应力;喷丸能降低喷丸层的残余奥氏体含量,喷丸强度或喷丸次数越大,残余奥氏体含量越低;残余奥氏体含量随层深增大而增加。     

喷丸三维残余应力场的有限元模拟

运用大型有限元计算软件ABAQUS建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型,预测了在相同喷丸强度下玻璃丸和钢丸两种类型弹丸喷射所产生的残余应力场。模拟过程中,分析了线性减缩积分单元的沙漏参数、材料的应变硬化率、喷丸覆盖率以及初始残余拉应力等因素对304不锈钢靶材残余应力分布的影响。从计算结果可以看出,钢丸喷丸产生的残余压应力层较深,但在高覆盖率时,玻璃喷丸产生的残余压应力的平均值比钢丸喷丸处理后产生的大。在有初始残余拉应力(250 Mpa)存在的情况下,两种类型的喷丸处理均能使304不锈钢靶材表面形成残余压应力层,这说明喷丸工艺可以提高奥氏体不锈钢焊接构件的抗应力腐蚀开裂能力。本研究成果为进一步探讨喷丸强化不锈钢焊接头抗应力腐蚀性能的机理奠定了基础。     

基于FEM-DEM的粗糙表面喷丸数值模拟与试验研究

考虑试件喷丸前粗糙度的影响,提出了粗糙表面喷丸的有限元与离散元(FEM-DEM)耦合模型.制备喷丸与未喷丸两类45#钢试件,测量了试件喷丸前后表面与亚表面的残余应力.根据测量结果验证耦合模型,研究了喷丸工艺参数对试件亚表面残余应力的影响规律.结果表明,提高表面覆盖率和喷丸强度,均可增大残余压应力峰值,其中,喷丸强度的影响更为显著;相同表面覆盖率和喷丸强度下,小直径弹丸可增大残余压应力峰值,大直径弹丸则有利于增大残余压应力层厚;若喷丸前试件粗糙度过大,可通过提高表面覆盖率来增强喷丸强化效果.研究为粗糙表面喷丸强化工艺优化提供了一定的理论依据.     

基于ANSYS/LS-DYNA的受控喷丸工艺过程仿真

将喷丸过程简化为丸粒撞击工件的模型,丸粒看作刚性体,运用ANSYS/LS-DYNA软件进行了数值模拟,分析了覆盖率对残余压应力分布的影响,得出在不完整喷丸覆盖率下工件表面会产生残余拉应力.在单个丸粒模型中,将丸粒的材料改为塑性硬化材料,分析丸粒的速度对残余压应力分布的影响,得出丸粒的材料参数一定时,存在最优喷丸速度,丸速过高会导致丸粒的变形能增加,而使工件表层的最大压应力值和应力层深度下降.     

水射流喷丸强化残余应力场的有限元模拟

针对水射流的高湍动特性与受喷靶体材料复杂的弹塑性形变行为,提供一种水射流喷丸强化残余应力场的有限元分析方法.基于准静态压力分布和非线性轴对称面分布载荷,采用多线性各向同性强化的Mises率不相关弹塑性模型,应用Prandtl-Reuss塑性增量理论及增量初应力法,利用线性斜坡载荷加载制度,运用ANSYS有限元软件模拟不同压力作用下水射流喷丸在2A11铝合金材料表层产生的残余应力场,获得残余应力场的分布规律及残余应力沿层深和径向的变化规律,指出残余应力沿层深分为残余压应力区和残余拉应力区,沿径向分为第Ⅰ残余压应力区、残余拉应力区和第Ⅱ残余压应力区,得到表面残余压应力、表层最大残余压应力、残余压应力层深度随着喷丸压力的增加而增大.为验证有限元模拟的正确性,对喷丸表面残余压应力进行试验验证,结果表明,有限元法计算的表面残余压应力值与试验数据近似吻合.     

表面处理工艺对钛合金材料表面残余应力的影响

本文主要考察表面处理（喷丸、激光强化、光饰、化铣）工艺对钛合金材料试样表面残余应力变化的影响。结果表明,喷丸、激光强化、光饰工艺大大提高了钛合金材料的表面残余压应力;化铣技术削弱了表面残余压应力,但与试样化镜深度无关。     

42CrMoA钢的单次喷丸和复合喷丸强化

对42CrMoA高强钢进行了单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸强化处理,研究了不同喷丸工艺下钢的表面粗糙度、疲劳性能、表层残余应力、组织细化程度及显微硬度。结果表明:喷丸方式对42CrMoA钢最大残余压应力和应力层深度影响不大;单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸后钢的表面残余压应力、表面组织细化程度、显微硬度及疲劳极限依次增大,表面粗糙度则依次减小;复合喷丸尤其是抛光复合喷丸可显著降低42CrMoA钢的喷丸表面粗糙度。     

超声喷丸强化产生残余应力的有限元分析

将超声喷丸过程简化为单个丸粒撞击试件的模型,应用ANASYS/LS-DYNA软件对过程进行有限元仿真.分析了残余应力产生过程,并改变丸粒的直径和材料,对比不同丸粒直径及材料下的残余应力分布,得出的结论是:丸粒直径增大可以使残余应力层深度和最大残余压应力值增加,丸粒密度增大也可以实现最大残余压应力值增加.     

喷丸工艺参数对H13钢表面质量的影响

为了研究喷丸工艺参数对H13钢表面质量的影响,对H13钢喷丸处理前后的表面粗糙度、表层硬度、表层残余应力及截面显微组织进行了试验检测分析。结果表明:H13钢表面粗糙度随喷丸压力增大而增大;从45°到90°时,粗糙度随着喷丸角度的增大而增大。随着喷丸压力和角度的增大,H13钢的表面硬度增大,且形成300μm左右的硬化层;当喷丸压力从0.2MPa升到0.55MPa,表面硬度则从54.5HRC提高到60HRC。喷丸后表面形成残余压应力,且与喷丸角度呈现单调递增的关系。残余应力深度随着喷丸压力的增大而增大,并在喷丸压力为0.5MPa时趋于稳定。喷丸压力为0.55MPa时残余压应力层深为480μm;喷丸角度从45°到90°,残余压应力层深从350μm增加到470μm。     

工艺参数对TC4钛合金喷丸强化影响的仿真分析

利用有限元法针对TC4钛合金的喷丸强化过程,建立了数值模型。首先,运用Abaqus建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算喷丸速度分别为40、60、80、100 m/s的模型,结果表明：当喷丸速度逐渐增大的过程中,表面残余应力,最大残余压应力和残余压应力层厚度都逐渐增大;其次,建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算了垂直入射、入射角为10°和入射角为20°的模型,结果表明：随着入射角的增大,靶材的表面粗糙度并没有显著变化,但对残余压应力的影响不可忽视,主要体现在最大残余应力由607.3 MPa逐渐减小为504.4 MPa,降幅20.4%,残余压应力层的厚度由158.5μm降低到145.2μm,降幅8.4%。入射角度控制在0～10°之间最合适时可以使得喷丸强化效果最优。     

前混合水射流多弹丸喷丸模型及残余应力场的数值模拟

针对前混合水射流的液固湍动特性与喷丸过程多重非线性耦合作用行为,提供一种射流喷丸强化残余应力场的有限元分析法。采用液固两相流动理论与计算流体动力学方法分析喷嘴内流特性,建立射流多弹丸喷丸模型;基于弹丸速度冲击载荷加载制度,利用多线性各向同性强化弹塑性模型,应用动态接触对称罚函数法,运用ABAQUS软件模拟不同弹丸数量作用下射流喷丸在45钢材料表层产生的残余应力场,获得残余应力场的分布规律及残余应力沿深度的变化规律;得出射流喷嘴内流呈均质流流型,不同弹丸数量射流喷丸在材料表层产生的径向残余应力沿深度的变化规律相同,但在材料表面产生的径向残余压应力值受喷丸模型影响较大,对弹丸分三层排列、相邻弹丸之间径向和周向中心距离均为弹丸半径的多弹丸喷丸模型,数值模拟获得的表面径向残余压应力值与射流喷丸试验数据基本吻合。     

基于正交试验法的喷丸工艺多目标参数优化

结合正交试验法和显式动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA对不同工艺条件下的喷丸过程进行模拟分析,运用综合评分法对喷丸后的工件表面层残余压应力层深度、表面残余压应力、最大残余压应力值深度及最大残余压应力值4个目标值进行综合评判。通过对综合目标值的极差分析,确定弹丸直径、冲击角度、冲击速度、搭接率、同一位置的冲击次数、弹丸与工件的摩擦因数,以及弹丸材质7个喷丸工艺参数对综合目标值的影响程度,通过综合评判结果分析得出最优的喷丸工艺参数组合方案,并对该工艺参数组合方案进行模拟验证。     

喷丸对2024-T351铝合金表面完整性影响的研究

为研究气动喷丸和超声喷丸两种不同喷丸工艺对2024-T351铝合金表面完整性的影响,在A型阿尔明试片名义弧高值为0.15 mm的喷丸强度下,分别使用气动喷丸和超声喷丸对2024-T351铝合金进行表面喷丸处理,并使用电子扫描显微镜、X射线衍射仪、残余应力分析仪、微观硬度计分析两种喷丸工艺对表面形貌、微观组织结构演变、残余应力、微观硬度的影响。研究表明,气动喷丸和超声喷丸均会显著改变材料的表面形貌,超声喷丸可以产生更小的表面粗糙度值。由于弹丸速度较高,气动喷丸会导致更大程度的塑性变形。采用气动喷丸,试件的残余压应力大于超声喷丸,但残余压应力层深度明显较浅。采用超声喷丸,试件会产生更高的微观硬度和更深的硬化层。     

喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响研究

为研究喷丸残余应力对加筋壁板压缩强度的影响,采用Abaqus用户子程序引入典型喷丸残余应力,使用温度场等效法将喷丸残余应力转化为温度场边界条件。计算了不同残余应力峰值和残余压力层深度下加筋壁板结构局部屈曲和后屈曲特性。结果表明,喷丸影响系数与残余应力峰值和压应力层范围相关。给出了一种喷丸影响系数的简单确定方法,并对工程算法进行了修正。最后通过喷丸模拟获取了一组喷丸型材的残余应力分布,通过喷丸和未喷丸型材压缩试验结果对比,验证了工程修正方法的准确性。     

不同强度喷丸处理后铝锂合金表面的残余应力

在不同喷丸强度下对铝锂合金进行了表面喷丸处理,采用X射线衍射法和盲孔法分析了其表面及近表层的残余应力。结果表明:采用不同喷丸强度处理后试样表面90°方向(平行喷嘴移动方向)的残余压应力高于0°方向(垂直喷嘴移动方向)的,90°方向的衍射峰积分宽度大于0°方向的,说明喷丸强化后试样在90°方向产生了更大的微应变;试样近表层残余压应力随层深的增加先增大后减小,最终趋于0;较高强度喷丸处理后试样表面和距表面0.15mm内的残余压应力小于较低喷丸强度处理的,而最大残余压应力、最大残余压应力深度以及残余压应力场深度均大于较低强度喷丸处理后的。     

喷丸工艺对1Cr11Ni2W2MoV钢螺母表面性能和显微组织的影响

采用3种不同喷丸强化工艺(干喷丸、先干喷丸后湿喷丸以及湿喷丸)对1Cr11Ni2W2MoV钢螺母表面进行强化处理,比较了喷丸工艺对螺母表面残余应力、粗糙度、显微组织的影响.结果表明:湿喷丸后螺母表面残余压应力最大,且最大残余压应力出现在大圆弧截面处,达到550 MPa,同时表面粗糙度Ra最小,分布在0.75～0.85μ...     

浅谈金属的喷丸强化

一、喷丸强化原理喷丸强化过程就是将高速运动的弹丸流连续向金属零件表面喷射的过程,弹丸流的喷射如同无数小锤向金属表面锤击,使得金属表面层产生极为强烈的塑性形变,从而产生了冷作硬化层,此层称为表面强化层。从应力状态来看强化层内形成较高的残余压应力;从组织结构来看强化层内形成了更加细小的亚晶粒组织。二、喷丸强化对金属材料性能的影响喷丸强化层深度约为0.07～0.5毫米。     

喷丸强化可提高弹簧寿命

最近根据布里斯托尔静态试验弹簧联合有限公司(Associated Spring Inc., Bristol, CT.)进行的研究表明:对压缩弹簧进行适当的喷丸强化处理后,其许用应力和疲劳寿命均提高40％以上。喷丸强化后弹簧钢丝表面产生一层残余压应力,从而可改善弹簧的工作性能,延长弹簧使用寿命。喷丸强化的目的是用最大程度的压应力使金属表面获得最小的变形。在这一过程中需要控制的变量主要是喷丸时间、弹丸速度及弹丸直径。经喷丸强化处理后可大大减少由于金属表面的凹坑、刻痕、接缝等     

金属材料喷丸强化有限元模型的演变及展望

喷丸强化工艺是将金属或非金属弹丸高速撞击金属构件,使构件表面产生弹塑性变形的过程,这些变形在材料表层产生具有一定厚度的残余压应力层和组织强化层,从而使得构件材料表面得到强化,并最终显著提高构件的疲劳强度。介绍了喷丸强化工艺的基本原理、特点和相关工艺参数,对有限元分析模型:包括弹丸数量、弹丸分布规律和靶材模型的简化程度等几个方面的演变情况进行了分类归纳和比较,总结了喷丸强化工艺参数对残余应力场的影响规律,对未来喷丸强化机理的研究工作进行了展望。     

不同喷丸工艺对螺母表面残余应力分布的影响

喷丸强化会使零件表面产生残余压应力,可以提高零件抗疲劳能力。试验采用正交试验法对螺母表面进行喷丸强化,沿着螺母轴向方向取三个截面进行残余应力测试分析。试验表明喷丸强化后螺母表面的残余应力均为压应力,有利于提高螺母的抗应力腐蚀和抗疲劳能力;螺母直段截面和大圆弧截面的残余压应力分布在（400～500）MPa,大于小圆弧截面的残余压应力;通过SPSS软件对螺母不同截面以及整体残余应力分布进行显著性分析,表面喷丸流量对螺母整体残余应力分布影响较为显著,并且得出了较为优异的喷丸强化工艺参数。