车削速度对GH4169加工表面完整性的影响

加工表面完整性对材料的服役性能有着重要的作用。使用陶瓷刀具,对高温合金GH4169进行车削加工,分析不同车削速度对表面完整性各特征参量的影响,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和XRD等仪器对表面微观结构、显微硬度和残余应力进行观测。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大而减小;加工表层存在滑移,且有明显的加工硬化现象,表层显微硬度随着车削速度的增大呈现增大趋势;轴向表面残余应力均为拉应力,且随着车削速度的增大拉应力先增大后减小,原因在于当速度增大至一定程度时,热量短时间内无法传递到工件内部,导致热效应的作用效果减弱。     

后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响

目的探究不同后混合水射流喷丸工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等,对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力及显微硬度随层深的变化情况进行分析。结果后混合水射流喷丸时,弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀、磨损、剪切作用,使试样表面产生新的凹坑。表面粗糙度Ra值随着喷射压力P及喷射靶距H的增加而增大,随着喷嘴移动速度v的增加而减小。试样显微硬度最大值都出现在表面,且随层深的增加,硬度值逐渐减小,喷射压力P=300 MPa时,表面硬度值达到62.8HRC,比试样初始表面硬度值增加了7.35%。试样材料所能引入的残余压应力具有固有最大值σmirs,当引入的残余压应力未达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs随喷射压力P的增加而增大,但随喷射靶距H和喷嘴移动速度v的改变变化不大。当引入的残余压应力达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs即为σmirs,不再改变,但是最大残余压应力距表面距离值zm仍会随着喷射压力P的增加而增大。结论后混合水射流喷丸后,试样表面粗糙度变化较大,表层显微硬度有一定提高。残余应力的分布主要与喷射压力P有关,而与喷射靶距H和喷嘴移动速度v关系不大。     

退火热处理对WC-6%Co超细晶硬质合金抗弯强度的影响

本文制备了两种掺加不同晶粒长大抑制剂的WC-6%Co(质量分数)超细晶硬质合金,实验研究了退火热处理对其抗弯强度的影响。结果显示:两种超细晶硬质合金磨削加工后的试样表面产生了约400 MPa的残余压应力,退火热处理降低了表面残余压应力,从而降低了试样抗弯强度。复合添加Cr₃C₂、VC、TiC晶粒长大抑制剂的实验合金经退火热处理的试样的抗弯强度比未处理试样平均降低17.7%;复合添加Cr₃C₂、VC晶粒长大抑制剂的试验合金经退火热处理的试样抗弯强度比未处理试样平均降低11.7%,抗弯强度的降幅与合金试样表面残余压应力的降幅密切相关。     

表面完整性对FGH96粉末合金高温低循环疲劳性能的影响研究

采用陶瓷弹丸和铸钢丸+陶瓷丸为介质对FGH96合金车削表面进行喷丸强化,引入3种表面完整性状态。研究了一次喷丸、二次喷丸和车削状态下表面形貌、残余应力场和高温低循环疲劳寿命。结果表明:二次喷丸强化在消除车削刀痕和表面平均粗糙度增大的同时,引入了底部圆滑的弹坑,二次喷丸后Kurtosis值趋于3,但强度较小的一次喷丸仅能够部分消除刀痕;同时,一次喷丸和二次喷丸后,表面残余压应力由车削的-446 MPa,提高到-1000～-1100 MPa,二次喷丸后残余压应力场深度由车削的100μm提高到250μm,一次喷丸残余压应力场深度与车削状态相当。在二次喷丸良好的表面完整性作用下,在650℃,ε_t=1.2%的试验条件下,相比于车削状态,二次喷丸后疲劳寿命提高108%;相比之下,一次喷丸提高21%;喷丸后疲劳寿命分散度减小。经过断口宏微观观察和反推分析说明,3种表面完整性状态的疲劳扩展寿命很接近,造成疲劳寿命差别的主要原因是裂纹萌生差别,二次喷丸的裂纹萌生寿命分别是一次喷丸的221%,以及车削状态的216%。利用工艺手段优化表面完整性是提高FGH96合金表面完整性和低循环疲劳寿命的关键。     

基于刀具磨损的车削加工残余应力实验研究

通过车削实验测量刀具磨损不同阶段的加工残余应力和加工硬化层微观硬度,了解加工残余应力的分布和变化特点,并分析刀具磨损对车削加工残余应力变化的影响规律及原因。实验结果表明:车削加工残余应力在磨损前阶段变化缓慢,后阶段变化快速,变化趋势从拉-压应力混合状态过渡到纯压应力状态,变化速率和刀具磨损曲线不重合。     

42CrMo钢车削表面完整性研究

为了探究42CrMo钢车削表面完整性评价指标与切削参数之间的关系,采用正交试验法对42CrMo钢进行精车加工,分析了切削参数对表面粗糙度、残余应力和加工硬化的影响规律,并采用多元线性回归法构建了表面完整性各项指标的预测模型。结果表明:切削参数对表面完整性的影响主次顺序为:表面粗糙度:fva_p;表面残余应力:vfa_p;表面加工硬化程度:vfa_p。表面粗糙度随进给量的增大而显著增大;表面残余应力随切削速度和进给量的增大而显著增大;表面加工硬化程度随切削速度和进给量的增大而增大。表面粗糙度和表面残余应力的预测模型具有高度显著性和较好的拟合优度。     

坦克履带销表面残余应力分析

用X射线应力测量仪分别测定了坦克履带销经滚压、喷丸和滚压加喷丸三种表面强化后的表面残余应力。结果表明,滚压后履带销的表面残余压应力在轴向和切向均较其他二者大,故在这三种工艺中,滚压应是坦克履带销的最佳表面强化工艺。滚压后再喷丸显著降低工件的表面残余压应力。     

温度辅助激光冲击强化对GH4169合金力学性能的影响

利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5 J的Nd:YAG纳秒脉冲激光器对GH4169合金试件进行了常温激光冲击强化处理和温度辅助激光冲击强化处理;采用X射线衍射仪和HV-1000显微硬度计测量了强化处理前后试件的表面残余应力与表面显微硬度。实验结果表明:经激光冲击强化与温度辅助激光冲击强化处理后,试件表面引入了一定数值的残余压应力,同时表面显微硬度得到提高;但在残余压应力和显微硬度数值方面,经温度辅助激光冲击强化处理的试件均比常温激光冲击强化处理的试件要大,且随着辅助温度的增加,试件的表面残余压应力和表面显微硬度值均呈增加趋势。因此,在一定的温度范围内,采取温度辅助激光冲击强化的方式对GH4169合金进行处理,可以获得比常温激光冲击强化处理更好的强化效果,同时适当提高强化温度,在一定程度上可以进一步提高GH4169合金的强化效果。     

形变强化金属材料表面状态特征的疲劳演变研究进展

概述了形变强化技术对金属材料疲劳性能的增强机理,主要归因于残余压应力、加工硬化、微观组织等表面状态特征的协同作用。重点综述了形变强化处理后金属材料表层的残余应力、加工硬化以及微观组织等表面状态特征在热载荷、机械载荷影响下疲劳演变的研究进展,分别总结了热载荷、机械载荷以及热–机械耦合载荷等作用条件下残余应力松弛行为、加工硬化松弛行为以及微观组织的疲劳演变规律与机理,并就热载荷、机械载荷作用下残余应力松弛行为的理论预测模型进行了归纳总结。在此基础上,讨论了关于残余应力、加工硬化以及微观组织等表面状态特征因素之间内在联系的研究进展,并指出了对于上述三者之间的逻辑关系目前研究存在的不足之处,以及尚待解决的问题。最后分析了当前金属材料表面形变强化研究中存在的一些问题与不足,并对表面形变强化抗疲劳制造技术未来的发展趋势进行了展望。     

硬质合金后处理过程中残余应力的研究

综述了硬质合金残余应力的形成机理、分析方法以及后续处理过程中残余应力的研究现状。硬质合金中残余应力的形成是由于受到不均匀的应力场、应变场、温度场的影响;其分析方法主要有X射线衍射法、中子射线衍射法、数值分析法。喷砂(丸)处理使合金表面产生残余压应力,其大小与介质大小、喷射压力、喷射时间等因素有关;电火花加工后的硬质合金表面的WC相中存在残余拉应力,而磨削和抛光后的表面中存在残余压应力;表面处理会导致残余应力的符号、大小和在分布产生复杂的变化。深入研究残余应力的数值模拟方法、探索切削过程中的残余应力演变和开发缓解消除残余拉应力的后处理工艺是今后的研究方向。     

喷丸对2024铝合金厚板DFR疲劳性能的影响

对2024-T351铝合金厚板表面进行了陶瓷丸喷丸强化处理。采用X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度计等,研究了喷丸强化对铝合金表面残余应力场、表面加工硬化和疲劳性能的影响。结果表明:喷丸强化能提高2024铝合金厚板的疲劳性能;与合金基体相比,喷丸后DFR截止值和DFR基础值均提高,DFR截止值受取样方向影响不大;喷丸后样品表面形成的硬化层厚度约150μm;残余压应力对疲劳小裂纹扩展速率的降低是疲劳寿命延长最主要的原因。     

表面纳米化对GH4049镍基高温合金性能的影响

超声喷丸(USSP)处理工艺在GH4049镍基高温合金表面制备出了纳米表面晶层,分析了不同超声喷丸强度和喷丸时间对其屈服强度、抗拉强度、显微硬度的影响,并通过试验分析了经表面纳米化后试件的残余应力分布.研究结果表明,喷丸时间的增加对材料强度的提高无直接关系,且随喷丸时间的增长,由于材料表面的损伤,会使材料的强度降低.经超声喷丸处理后,显微硬度较未处理试件明显提高,试件表面形成大约0.2mm厚度的压应力层,最大压应力远超过材料的屈服极限δs.     

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。     

铝锂合金自动铆接干涉量及残余应力分析

铝锂合金是航空制造中的新型合金材料,其铆接技术是现代飞机制造重要研究方向。铆接后的铝锂合金板孔的干涉量影响到残余应力分布,为了研究铆接过程与残余应力分布特征之间的关系,利用自动钻铆装备对不同厚度的铝锂合金板进行铆接。使用ABAQUS/Explicit对铝锂合金自动压铆过程进行了仿真,通过试验和仿真的方法分析不同压铆力、铆钉长度、壁板厚度和铆钉材料等组合条件下铝锂合金壁板内部所产生的干涉量,进而推导出各工艺条件下铝锂合金壁板厚度方向上残余应力的分布规律。结果表明,2060-T8铝锂合金壁板孔壁产生的干涉量及沿板厚方向分布的残余应力随压铆力的增大而增大,随铆钉长度的增大而减小,随壁板厚度的增加呈现非单调增长的趋势。壁板总厚度为4.2 mm时,平均干涉量及平均残余应力可以达到最大值。相比于2117-T4铝合金铆钉,采用7050-T3铝合金铆钉压铆后2060-T8铝锂合金壁板产生的平均干涉量降低6%～12%,平均残余应力降低8%～12%。     

喷丸强度对TC17及GH4169合金表面完整性和高温疲劳性能的影响

对钛合金TC17以及镍基高温合金GH4169光滑旋转弯曲疲劳试样进行喷丸强化,研究了不同喷丸强度下合金的表面粗糙度、表面残余应力和高温疲劳寿命。结果表明,喷丸后两种合金的表面粗糙度随着喷丸强度的增大而上升,当喷丸强度达到0.15 mm A以上时,表面粗糙度显著变大。喷丸后表面残余应力均为压应力,TC17合金的残余压应力的数值随着喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,而GH4169合金表面残余压应力数值随喷丸强度的增大而减小。在疲劳性能方面,TC17合金喷丸后的疲劳寿命随喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,特别是在高强度条件(大于0.10 mm A)下,喷丸反而降低了疲劳寿命,而GH4169合金的疲劳寿命随喷丸强度的增大而增大,说明不同合金对喷丸强度的优化工艺范围具有差别,钛合金对喷丸强度变化敏感性强。     

硬质合金微坑车刀切削304不锈钢残余应力有限元仿真

为了研究硬质合金微坑车刀对304不锈钢表面残余应力的影响规律,采用有限元仿真平台建立二维切削模型,用不同切削参数车削304不锈钢,得到切削参数对切削力、切削温度及残余应力分布的影响规律。研究结果表明:表面残余拉应力和里层残余压应力随切削速度的增大均先增大后减小,而随着进给量的增大,表面残余拉应力逐渐减小,里层残余压应力逐渐增大。     

轴孔超声冲击强化及有限元模拟研究

目的提高渗碳淬火轴使用寿命。方法针对渗碳淬火轴关键部位孔口,采用超声冲击处理工艺对其进行表面强化处理,利用电子显微镜、硬度计结合有限元模拟对处理后的微观组织、硬度、残余应力等进行分析。结果在孔口处理区,材料产生了明显的加工硬化,形成了梯度硬化层,硬化层厚度达到80μm,表层硬度约60HRC。对超声冲击孔孔口部分的表面残余应力值进行测量,最小残余应力值为-374 MPa,最大残余应力值为-530 MPa,采用上述超声冲击处理后,样品的残余应力平均值在-450 MPa。利用有限元模拟了孔口附近沿轴向深度的残余应力分布,其残余压应力层深约1.4 mm,最大残余应力-891 MPa,疲劳危险点处的残余应力平均值约-760 MPa。轴孔边缘第三主应力基本上沿轴线方向。结论通过超声冲击处理工艺对渗碳淬火轴孔口进行处理后,在孔角处形成硬化层,同时产生残余压应力,上述处理后可有效降低工作应力造成的疲劳载荷幅。     

车削高温合金GH4169表面粗糙度及残余应力优化分析

为分析车削参数对已加工表面粗糙度、已加工表面形貌、残余应力的影响规律,针对高温合金GH4169设计正交车削试验,通过有限元仿真建立三维车削模型。结果表明：影响表面粗糙度的主次因素依次为进给量、切削速度、切削深度;影响残余应力的主次因素依次为进给量、切削深度、切削速度;确定在试验参数范围内最佳表面粗糙度和残余应力的参数组合分别为vc=55 m/min、f=0.1 mm/r、ap=0.3 mm和vc=60 m/min、f=0.2 mm/r、ap=0.25 mm。     

钨合金超声椭圆振动切削表面完整性研究

目的 研究钨合金超声椭圆振动切削表面完整性的变化规律,为实现钨合金高表面完整性加工提供理论基础.方法 设计单因素试验,采用单晶金刚石刀具开展钨合金超声椭圆振动切削试验,并与普通切削进行对比,研究不同切削深度下超声椭圆振动对工件表面形貌、表面粗糙度、微观组织、位错密度、显微硬度以及表面残余应力的影响.结果 普通切削或超声椭圆振动切削后,工件表面的位错密度、显微硬度以及残余应力均随着切削深度的增加而增大,且亚表面的晶粒都发生了一定程度的塑性变形,并出现了晶粒细化.与普通切削相比,超声椭圆振动切削可以有效抑制加工过程中鳞刺和犁沟的产生,改善表面粗糙度;工件表面会产生更高的硬化程度、残余压应力和位错密度,位错密度的量级在108 mm–2;亚表面的变质层厚度更小.结论 相比于普通切削,超声椭圆振动切削可以降低表面粗糙度,增大表面残余压应力,提高工件表面完整性.     

超声滚压工艺研究

超声滚压工艺是一项复合超声冲击强化和滚压于一体的表面强化工艺,其优点是既能得到足够的压力层深度,又能得到较低的表面粗糙度值。研究了不同加工参数对弧高和表面粗糙度的影响,结果表明:步距、静压力和路径规划对弧高和表面粗糙度有着显著的影响,且发现残余压应力分布对于滚压方向敏感,滚压方向的残余压应力比其垂向的残余压应力小。Inconel 718材料经超声滚压强化后的表面粗糙度值可降低至Ra0.1μm,压力层深度可达0.5 mm,且具有较好的热稳定性。