喷丸处理对马氏体时效超高强度钢疲劳性能的影响

通过喷丸处理改善固溶+时效态某马氏体时效超高强度钢的疲劳性能。采用成组法和升降法对喷丸前后试样进行应力比R=-1的旋转弯曲疲劳试验,得到喷丸前后试样的疲劳寿命及1×10⁷周次下的疲劳极限,采用双加权最小二乘法拟合喷丸前后试样S-N曲线。采用X射线衍射法测定喷丸后试样残余应力,并结合ANSYS有限元数值分析,研究了喷丸残余应力对某超高强度钢疲劳性能的影响。结果表明:喷丸可显著提高某超高强度钢的疲劳寿命和疲劳极限,喷丸后的疲劳极限约为喷丸前的1.37倍;喷丸后产生的残余应力使疲劳源远离表面,且外载应力越小,疲劳源距离表面越远,寿命提高的效果越明显。     

芯棒直接孔挤压强化7050铝合金疲劳性能研究

为了探究实心芯棒、开缝芯棒两种芯棒直接孔挤压强化方法对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了芯棒直接孔挤压强化7050铝合金三维有限元仿真模型,开展了芯棒直接孔挤压强化试验,对比分析了未挤压强化、芯棒直接孔挤压强化试样的孔壁应力、疲劳性能。研究结果表明：芯棒直接孔挤压强化试样铰削加工前后,孔壁最大残余压应力差值小于20 MPa；芯棒直接孔挤压强化后试样孔壁形成的残余压应力能够抵消部分受载过程中产生的拉应力；实心芯棒孔挤压强化试样的中值疲劳寿命是未挤压强化试样的1.46倍,开缝芯棒孔挤压强化试样的中值疲劳寿命是未挤压强化试样的1.52倍；芯棒直接孔挤压强化减小了疲劳源数量,缩小了疲劳裂纹扩展区的疲劳辉纹间距,提高了试样的疲劳寿命。     

激光冲击强化对FV520B钢疲劳寿命的影响

为提高叶轮的使用寿命,对叶片的抗疲劳性能提出了更高的要求,激光冲击强化（LSP）处理是提高材料抗疲劳性能的重要途径。针对FV520B钢棒状试样进行LSP试验和不同应变幅值下的单轴低周疲劳试验,并进行疲劳寿命预测。结果表明,LSP后试样的表面硬度由330 HV提升至490 HV,且LSP后试样表面产生约-90 MPa的残余压应力。相比于未冲击试样,LSP试样的疲劳寿命均有所提高,±0.5%应变幅值下试样的疲劳寿命提高132.2%。SEM结果表明,LSP后试样表面产生的残余压应力抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,裂纹萌生位置由试样表面向次表面转移,且疲劳条纹的间距和韧窝尺寸减小,从而延长了试样的疲劳寿命。采用Manson-Coffin方程针对光滑试样和LSP试样进行疲劳寿命预测,总的来说,对于光滑试样预测结果与试验结果吻合较好;对于LSP试样,预测的疲劳寿命偏保守。考虑残余压应力的影响针对Manson-Coffin方程进行修正,得到了较好的预测结果。研究结果可为FV520B材料LSP处理工艺和疲劳失效研究提供理论依据。     

自然环境-疲劳交替作用对2024典型连接结构累积损伤的影响研究

目的 揭示自然环境和疲劳交替作用下,2024典型连接结构环境损伤规律与损伤机制。方法 采用静态暴露试验和静态暴露-疲劳交互试验,对比研究2024典型连接结构的累积损伤特性和疲劳寿命退化规律。通过电液伺服材料试验机测试不同试验周期的试样疲劳寿命,利用环境扫描电镜（SEM）和金相显微镜（OM）观察和表征试样疲劳断口形貌及微观腐蚀特征,利用X射线应力分析仪测量了周期加载引起的孔边残余应力变化。结果 金相分析结果表明,周期疲劳加载对2024连接结构的腐蚀损伤进程有一定加速性,交互试验2年的腐蚀深度（51.9 μm）大于静态暴露试样（47.0 μm）。中值疲劳寿命变化曲线显示,相同环境腐蚀条件下,静态暴露的试样疲劳寿命较“疲劳+静态暴露”交互试验方式有所提高,裸材试样的中值疲劳寿命约为交互试验的1.5～2.3倍,带涂层试样的中值疲劳寿命约为交互试验的1.1～1.4倍。紧固孔周边残余应力检测数据表明,受外加交变应力和环境腐蚀的叠加作用,孔边残余压应力逐渐减小,产生局部塑性变形,这会对疲劳寿命造成不利影响。结论 “疲劳+静态暴露”交互试验条件下的试样疲劳寿命退化与低载锻炼效应和电化学效应相互竞争、孔边残余压应力变化及微动磨损密切相关,从而呈现出先升高、后小幅振荡下降的趋势。     

2397合金高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为

研究了2397-T87铝锂合金的高周疲劳性能及裂纹萌生扩展行为。结果表明:在应力比R=0.1时,2397-T87铝锂合金L方向、LT方向和ST方向光滑试样(K_t=1.0)的疲劳寿命极限分别约为192,243和151 MPa;缺口试样(K_t=3.0)的疲劳寿命极限分别约为72,78和70 MPa。其疲劳裂纹主要萌生于试样表面,以及氧化物、夹杂等脱落形成的空洞,Al(CuFeMn)第二相杂质粒子。驻留滑移带(PSB)和晶粒取向对其疲劳裂纹早期扩展有重要影响。     

激光冲击喷丸对LY12合金疲劳寿命的影响

研究了激光冲击喷丸对含中心紧固孔LY12合金试样的疲劳寿命的影响。试样表面经连续三次激光冲击喷丸处理后,可获得351MPa的表面残余压应力,且深度可达1．3mm以上。疲劳试验结果显示,激光冲击喷丸后,试样的裂纹扩展速率比未喷丸试样低约一个数量级,疲劳寿命约为未喷丸试样的20倍。结果表明,激光冲击喷丸是改善构件或材料疲劳性能的有效表面处理技术,在航空工业具有广泛的应用前景。     

AM50镁合金孔挤压强化对其疲劳性能的影响

目的研究孔挤压处理对AM50镁合金疲劳性能的影响。方法对AM50镁合金进行孔挤压强化处理,使试样表面产生有益的残余压应力分布,并对残余应力的分布进行测定。对未处理镁合金及孔挤压镁合金进行疲劳性能测试,对比疲劳寿命及疲劳裂纹扩展速率,对疲劳断口进行扫描,分析孔挤压对AM50镁合金疲劳性能的影响。结果孔挤压处理后,孔周围残余压应力深度达到5.5 mm,且最大压应力值达-563 MPa,试样的疲劳寿命较未处理时增加了9倍,疲劳裂纹扩展速率大大降低,疲劳裂纹源由未处理时的孔表面转移到了挤压强化层内部。结论孔挤压可以明显抑制疲劳裂纹的萌生,延长疲劳寿命。     

喷丸对25CrNi2MoV钢滚动接触疲劳性能的影响

目的提高25CrNi2MoV钢的滚动接触疲劳性能。方法对25CrNi2MoV钢进行表面喷丸处理,并采用3D形貌仪、光学显微镜、显微硬度仪、X射线应力分析仪与滚动接触疲劳试验机等仪器,对试样表面形貌、表面显微组织、显微硬度、表面残余压应力与滚动接触疲劳性能等进行测试分析。结果与未处理试样相比,经喷丸处理后,试样表面形貌由磨削加工槽型向酒窝状的弹坑转变,表面粗糙度增大,表面显微硬度由503HV0.2增大到577HV0.2,增加了14.7%,表面残余压应力由-90.0 MPa增大到-758.0 MPa。当喷丸强度为0.445 mmA时,试样具有最好的滚动接触疲劳寿命,其额定寿命(L10)、中值寿命(L50)、特征寿命(L63.2)分别为4.973×10^6次、6.578×10^6次和6.945×10^6次,分别是未处理试样对应寿命的11.1倍、7.3倍和7.0倍,试样滚动接触疲劳失效形式主要为疲劳剥落。当喷丸强度为0.596 mmA时,试样表面出现微裂纹,导致滚动接触疲劳寿命降低,此时试样疲劳失效形式主要为点蚀与疲劳剥落。未处理试样疲劳失效形式主要为分层。结论喷丸处理能细化试样表层晶粒组织,增大试样表面粗糙度、表面硬度与表面残余压应力。合适强度的喷丸处理可以抑制试样表面与次表面裂纹的萌生与扩展,显著提高滚动接触疲劳性能。     

超声滚压工艺对镍基单晶高温合金DD6表面完整性和疲劳寿命的影响

目的 改善长期服役于高温高压环境的镍基单晶高温合金DD6材料的表面完整性,提高其使用寿命。方法 采用超声滚压表面强化工艺(Ultrasonic Rolling Process,USRP)对镍基单晶高温合金DD6试样进行表面强化,用正交试验法对三因素三水平的试样组进行试验,使用三维形貌仪、显微硬度仪、XRD射线衍射仪和MTS万能疲劳试验机探究静压力、进给速度和加工遍数等超声滚压参数对镍基单晶合金表面完整性和疲劳寿命的影响规律。结果 对于镍基单晶材料,超声滚压强化工艺能有效降低其表面粗糙度,提高表面显微硬度,并在材料内部引入一定的残余应力,并提升疲劳寿命。经USRP处理后,不同晶体取向的材料能够取得的最佳表面增益效果为,表面硬度从465HV提高到679.2HV,表面粗糙度从0.703 μm降低至0.253 μm,表面引入了约为782 MPa的残余压应力。不同晶向材料的疲劳寿命提升表现为,应力水平为742.4 MPa时,疲劳寿命提升1.3倍;应力水平为649.6 MPa时,疲劳寿命提升1.5倍。结论 超声滚压工艺能够有效降低DD6材料的表面粗糙度、提高表面显微硬度,并在表面引入一定的残余应力,疲劳断裂模式主要为沿{110}面的滑移断裂。在低于742.4 MPa的应力加载时,超声滚压强化可以明显提高DD6材料在高温下的疲劳寿命。     

激光冲击强化对镍基高温合金疲劳寿命的影响

对镍基高温合金(GH742)试件进行激光冲击强化处理,测量了合金在处理前后试样表面的残余应力、疲劳寿命,观察了表面金相组织。结果表明,激光冲击凹坑处的残余应力高达-910～-1160MPa;金相分析显示激光冲击强化使材料内部晶粒细化;激光冲击强化能提高GH742材料试件的疲劳寿命1.5～4倍。     

喷丸强度对316不锈钢表面完整性及疲劳寿命的影响

目的阐明喷丸强度对316不锈钢疲劳寿命的影响机制。方法不同喷丸强度处理的316不锈钢试样经化学腐蚀后,利用光学显微镜观察其微观结构的变化。采用白光干涉仪、维氏显微硬度测量系统、X射线应力分析仪等,分析喷丸处理前后316不锈钢试样的表面轮廓、表面粗糙度、显微硬度以及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测得喷丸处理前后316不锈钢试样的拉伸性能和疲劳寿命。结果喷丸处理后,试样表面粗糙度明显增加,随着喷丸强度的增大,表面粗糙度S_a由0.04μm增至6.73μm。此外,喷丸处理后,产生了从表层到材料基体的微结构梯度,随着喷丸强度的变化,表面变形层的厚度位于110～290μm之间。喷丸过程中产生了加工硬化现象,并且引入了一定深度的残余压应力层。随着喷丸强度的增大,喷丸处理试样显微硬度的最大值由356HV_(0.1)增至435HV_(0.1),残余压应力的最大值由-633 MPa增至-750 MPa。与未喷丸试样相比,喷丸处理改善了材料的力学性能和疲劳特性,喷丸试样的塑性应变幅值降低,疲劳寿命明显增加。结论喷丸处理能够有效地改善316不锈钢的综合力学性能,增加其疲劳寿命。不同强度的喷丸处理效果差异明显,在喷丸强度为0.35 mmA时,达到最优喷丸效果。     

考虑残余应力的激光搭接焊接头拉伸和疲劳试样宽度标准化

抗剪强度和疲劳强度是激光搭接焊接头性能的两个最重要指标。关于激光搭接焊接头的拉伸和疲劳试样的宽度选取,目前还没有相应的标准进行规定。以不锈钢薄板激光搭接焊接头为研究对象,通过残余应力数值与试样宽度变化关系的测定,确定了考虑和不考虑残余应力影响的拉伸和疲劳试样合理宽度,比较了有无残余应力试样抗剪强度的区别。结果表明,残余应力通过改变焊接接头受力状态和微观变形均匀性降低了薄板激光搭接焊接试样的抗剪强度。     

孔挤压强化对7050铝合金孔结构疲劳性能的影响

为了探究不同相对挤压量的开缝芯棒孔挤压强化对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了开缝芯棒孔挤压强化有限元模型,开展了开缝芯棒孔挤压强化试验,分析了孔挤压强化试样孔壁残余应力和受载试样孔壁应力分布规律,探究了相对挤压量、残余应力和疲劳寿命之间的关系,揭示了开缝芯棒孔挤压强化工艺的抗疲劳增益效果。研究结果表明：试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大残余压应力为246.8、338.6和367.7 MPa,相对挤压量与孔壁最大残余压应力呈正相关;受载试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大应力为451.2、368.7和321.6 MPa,相对挤压量与孔壁最大应力呈负相关;相对挤压量为2%、3%和4%的试样中值疲劳寿命是相对挤压量为0的1.17、1.52和1.71倍。     

激光喷丸与机械喷丸复合强化对2124-T851铝合金疲劳寿命的影响

目的 研究激光喷丸(LSP)、机械喷丸(SP)及其复合强化(LSP+SP)对2124-T851铝合金四点弯曲疲劳寿命的影响.方法 激光喷丸强化的脉冲激光能量为6 J,脉冲宽度为20 ns,光斑直径为2 mm,半圆搭接.喷丸强化采用直径为0.3 mm的陶瓷弹丸,喷丸压力为0.2 MPa,喷丸覆盖率大于100％.采用X射线衍射的方法测定强化层的残余应力.采用显微硬度仪测定显微硬度.在MTS伺服试验机上测定试样四点弯曲疲劳寿命.使用扫描电子显微镜观察疲劳试样断口.采用列表梯形法分析计算试样的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,分析机械喷丸和激光喷丸强化层性能对疲劳寿命的影响.结果 LSP+SP试样残余应力场和硬度场近表层的数值与SP试样相近,表面残余应力为–260 MPa,表面硬度为178HV.LSP+SP试样残余压应力场和应变硬化场深度与LSP试样相近,可达3 mm以上.与未强化(AR)试样相比,SP、LSP和LSP+SP试样的平均疲劳寿命分别提高了214％、217％和312％.结论 喷丸强化的显著应变硬化作用提高了SP试样和LSP+SP试样的裂纹萌生寿命,激光喷丸强化引入的深层残余压应力场提高了LSP和LSP+SP试样的裂纹扩展寿命,LSP+SP复合强化兼具SP和LSP工艺的疲劳寿命强化作用.     

激光冲击喷丸对LY12合金疲劳寿命的影响

研究了激光冲击喷丸对含中心紧固孔LY12合金试样的疲劳寿命的影响。试样表面经连续三次激光冲击喷丸处理后，可获得351MPa的表面残余压应力，且深度可达1．3mm以上。疲劳试验结果显示，激光冲击喷丸后．试样的裂纹扩展速率比未喷丸试样低约一个数量级，疲劳寿命约为未喷丸试样的20倍。结果表明，激光冲击喷丸是改善构件或材料疲劳性能的有效表面处理技术，在航空工业具有广泛的应用前景。     

喷丸强化对GH4096合金表面状态和疲劳性能的影响

采用S110铸钢丸和Z300陶瓷丸对GH4096合金开展了喷丸强化试验,利用扫描电镜和三维轮廓仪分析了喷丸表面形貌,采用X射线衍射法分析了喷丸表面残余应力,采用金相显微镜和扫描电镜分析了喷丸试样的截面显微组织,并对喷丸试样进行了650℃低周疲劳试验。结果表明：随着喷丸强度的增大喷丸表面的粗糙度升高,相同喷丸强度下陶瓷丸喷丸表面的粗糙度低于铸钢丸喷丸强化的表面粗糙度。铸钢丸喷丸表面的残余压应力在-860MPa～-1000MPa之间,随着喷丸强度的增加残余压应力略有降低;陶瓷丸喷丸表面的残余压应力在-1000MPa～-1100MPa之间,随着喷丸强度的增加残余压应力略有增加。GH4096合金喷丸后表面发生塑性形变,形成弹丸坑形貌,出现晶界弯曲,产生晶格畸变,造成大量位错塞集,形成密集分布的小角度晶界,晶粒取向也随之改变。喷丸强化可提高GH4096合金650℃高温下的低周疲劳寿命,复合喷丸对疲劳寿命的提升效果最明显,相同喷丸强度下陶瓷丸的强化效果优于铸钢丸。喷丸强化后试样的疲劳裂纹多萌生于强化层之下的亚表面,喷丸强化的效果受表面粗糙度、残余应力及强化层深度等共同影响。     

高周疲劳条件下激光温喷丸TC4钛合金的残余应力释放规律及疲劳特性

使用Nd:YAG纳秒激光器分别在试样表面温度为20、100、200、300以及400℃下对TC4钛合金狗骨状拉伸试样进行激光喷丸表面强化,然后使用疲劳试验机在高周疲劳条件下对试样进行残余应力释放测试与疲劳寿命测试,并使用热场发射扫描电镜研究激光温喷丸后试样的断口特点。结果表明,经过10 000次循环载荷后,试样表面温度为20、100、200、300及400℃时激光喷丸TC4钛合金试样的残余压应力幅值分别下降至–100、–75、–132、–196与–146 MPa;由于较高的残余压应力幅值及较低的残余应力释放速度,300℃时激光温喷丸试样的疲劳条带间距约为0.42μm,比20℃激光喷丸降低了约64%;300℃时激光温喷丸试样的疲劳寿命高达147 846次,约为20℃激光喷丸试样的1.7倍。     

Ti-600合金的高周疲劳性能研究

采用120～130Hz的频率测试Ti-600合金光滑试样室温高周轴向应力疲劳性能。结果表明,应力比(R)为0.1时,合金的疲劳强度为475MPa,与IMI834合金相当;合金内含有较细小、薄片状的、互相交错排列的α+β相,这种细小的α+β相间的层状组织对于阻止疲劳裂纹的扩展和提高疲劳裂纹寿命有重要作用;疲劳裂纹扩展阶段,应力同为600MPa时,疲劳寿命为8.61×105的合金试样比寿命为1.78×106的疲劳条纹间距宽;合金内稀土相的尺寸由几个μm到0.2μm变化,合金中未观察到与稀土相颗粒有关的裂纹萌生。     

激光冲击工艺对GH742镍基高温合金疲劳性能的影响

对两组镍基高温合金(GH742)试样进行激光冲击强化后,分别进行拉-拉疲劳试验和振动疲劳试验,并和未进行强化处理的试样进行对比,分析了强化试件的疲劳断口特征.结果表明激光冲击强化能提高镍基高温合金拉-拉疲劳寿命3.6倍以上,提高振动疲劳寿命2.4倍;强化后残余压应力影响层深度达1.0mm.     

600 MPa级热轧双相钢的高周疲劳性能

对热轧组织为铁素体+马氏体(1号)、铁素体+贝氏体+部分马氏体(2号)的600 MPa级热轧双相钢进行了应力比为0.1的拉-拉高周疲劳试验,并对疲劳性能进行了对比分析。结果表明:1号双相钢的疲劳极限为433 MPa,2号双相钢的疲劳极限为413 MPa。两种双相钢的疲劳断口均由疲劳源区、扩展区和瞬断区组成,疲劳源出现在试样顶角或近表面处,低应力时为单一疲劳源,高应力时为多疲劳源。裂纹扩展区除了有大量的韧窝,还有第二相粒子、疲劳辉纹和二次裂纹等特征。低应力幅时1号试样的疲劳辉纹较窄,疲劳寿命高于2号试样;高应力幅时2号试样的韧窝较深,疲劳寿命高于1号试样。在拉-拉载荷作用下,1号试样的裂纹为沿晶扩展,2号为穿晶扩展。透射电镜观察结果表明:在相近的应力幅下,疲劳断口附近高密度的位错缠结阻碍了位错的进一步运动,从而提高了双相钢的疲劳性能。