压射冲头激光表面处理硬化层裂纹形成机理的研究

本文对球墨铸铁压射冲头激光表面处理硬化层的残余应力进行了测试和分析。研究证明:压射冲头表面硬化层的裂纹是由于残余应力所产生的裂纹源扩展所形成的。     

对40Cr钢表层硬度残余应力及接触疲劳性能的研究

研究了表面淬火、离子氮化＋表面淬火的复合热处理以及复合热处理＋喷丸处理3种表面强化处理工艺对40Cr钢的表层硬度残余应力分布以及接触疲劳性能的影响,结果表明：经过复合热处理＋喷丸工艺处理的40Cr钢可获得最高的表层硬度和残余压应力,同时也表现出最为优异的接触疲劳性能。据此提出,高的表层硬度和残余应力能够有效地抑制接触疲劳裂纹在试样表面的萌生和扩展,因而可大大提高40Cr钢的接触疲劳寿命。     

EHL 下矿场用重载齿轮的喷丸及疲劳性能分析

弹流润滑（ＥＨＬ）条件下,石油矿场用大模数得载齿轮的承载能力得到提高,齿面接触人效与齿根弯曲疲劳断裂则成为其主要的失效形式,喷丸强化是改善齿轮表层种种缺陷的有交而简便的方法,喷丸产生的硬化层残余压力场和显微组织相变是提高齿轮接触疲劳强度的重要因素,从单齿弯曲疲劳,齿面接触疲劳,接触疲劳裂纹萌生与扩展,表层显微硬度,残余奥氏体情况,表层残余应力及亚组织结构等方面讨论了喷丸对齿轮接触疲劳性能的影响。     

激光热处理对球墨铸铁接触疲劳性能影响的研究

本文研究了激光热处理对两种基体组织不同的球墨铸铁接触疲劳性能的影响,结果表明:球墨铸铁经激光热处理后接触疲劳极限可提高300～400N/mm~2;激光硬化层深度对接触疲劳极限有很大影响,硬化层愈深,接触疲劳极限愈高;接触疲劳裂纹大多产生在试样表面硬化区一基体交界处;提高铸铁     

激光热处理对球墨铸铁接触疲劳性能影响的研究

本文研究了激光热处理对两种基体组织不同的球墨铸铁接触疲劳性能的影响，结果表明：球墨铸铁经激光热处理后接触疲劳极限可提高300～400N/mm∧2；激光硬化层深度对接触疲劳极限有很大影响，硬化层愈深，接触疲劳极限愈高，接触疲劳裂纹大多产生在试样表面硬化区-基体交界处；提高铸铁基体强度；降低硬化区与基体间的强度差有利于提高铸铁所接触疲劳强度。     

形变强化对疲劳裂纹萌生的组织效应

通过对３种具有不同冷轧变形量且滚压分层组织的残余应力为零的薄板试样进行疲劳试验,探讨了在残余应力效应与组织强化效应分离后,形变强化对疲劳裂纹萌生的出服强度,降低应力水平,则形变强化对延缓裂纹萌生的效果显著。     

缓进磨削变质层对M17高温合金疲劳寿命的影响

本文用缓进磨削、铣削、普通磨削三种不同工艺方法加工M17镍基铸造合金疲劳试件,进行对比疲劳试验,分析了表面粗糙度,冷作硬化,残余应力等疲劳寿命的影响。常温疲劳试验表明,试件表面残余压应力越大,疲劳寿命越长,冷作硬化有利于提高常温疲劳寿命,粗糙度对疲劳寿命影响不显著,缓精磨工艺加工的试件疲劳寿命最长。在高温疲劳试验中,冷作硬化层小的疲劳缓进寿命长,因此应采用缓进给精磨作为最后工序。本文是首次对M17材料在国内进行磨削表面完整性试验。     

枪速对热障涂层组织性能及残余应力的影响

为了研究等离子喷涂制备热障涂层(TBCs)时不同枪速对陶瓷面层组织性能和残余应力的影响,在GH4169高温合金基体上采用超音速火焰喷涂(HVOF)Ni Co Cr Al Y粘结层(BC层)和大气等离子喷涂(APS)8YSZ陶瓷层(TC层).通过对比不同参数样品的微观组织以及显微硬度、残余应力和热震性能差异,研究了枪速对热障涂层的影响.结果表明:枪速过低或过高时,涂层表面残余应力较大,热震性能较低;随着枪速的增大,涂层表面粗糙度逐渐增大,而孔隙率和显微硬度逐渐减小;枪速过低时,涂层出现纵向裂纹,热震失效方式为整体剥落;而枪速较大时,涂层从边缘向中心不断剥落,涂层表面出现白点.     

激光冲击强化对2Cr13不锈钢腐蚀疲劳性能的影响

通过残余应力测量、腐蚀疲劳试验和疲劳断口形貌观察,研究了不同激光冲击层数对2Cr13不锈钢腐蚀疲劳性能的影响。试验结果表明,LSP会在2Cr13不锈钢表面产生高幅残余压应力,且表面残余压应力值随LSP冲击层数的增加而增加。与未强化试样相比,LSP试样的腐蚀疲劳寿命提升,且随LSP冲击层数的增加而提高;LSP试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率降低,且随LSP冲击层数的增加而降低。经分析,未强化试样疲劳断口形貌比较平坦,二次裂纹较少;LSP试样由于表面产生了较高的残余压应力,有效抑制了腐蚀疲劳裂纹的扩展,最终断口表现出河流花样形貌。     

残余奥氏体的诱发相变对接触疲劳的作用

研究20CrMnTi钢碳氮共渗层中残余奥氏体对接触疲劳寿命的影响。试验结果表明:残余奥氏体的应力诱发相变改善了渗层的强韧性,这是残余奥氏体提高接触疲劳寿命的主要原因。在滑动加滚动接触情况下,τ_(XZ)是引起疲劳剥落的主要原因。对于含残余奥氏体量不同的试佯的疲劳破坏,应用不同的τ_(XZ)/HM值的分布来说明。     

油气输送管道疲劳裂纹起裂特性与影响因素

为了研究油气输送管道中疲劳裂纹的扩展特性,在疲劳载荷的作用下在试件中导入了倾斜疲劳裂纹,以此模拟油气管道中存在的实际裂纹.实验采用疲劳载荷的应力比为0和-1,疲劳裂纹的倾斜角度为45°.通过测量沿着裂纹开口方向和滑移方向的不连续位移量,计算管道中用作裂纹起裂判据的Ⅰ型应力强度因子(KⅠ)mes,和Ⅱ型应力强度因子(KⅡ)mes,以及抑制裂纹开口和滑移方向位移的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s;讨论了疲劳裂纹的应力强度因子(KⅠ)s和(KⅡ)s的影响因素.其结果是:对于应力比0和-1的疲劳裂纹,(KⅠ)s和(KⅡ)s都小于零;而回火后的裂纹的(KⅠ)s和(KⅡ)s都接近于零,即压缩残余应力将对裂纹起裂(初始扩展)起到限制和阻碍的作用.     

Ratcheting led surface failure of medium carbon bainitic steel under mild operation conditions

The behavior of rolling contact fatigue (RCF) of medium carbon bainitic back-up roll steel was investigated under its actual work conditions. A kind of asperity-scale surface originated cracks, which is lying parallel or at an acute angle to the surfaces, initiated after unidirectional plastic flow of the material in thin surface layer had occurred. Theoretical analysis indicates that they nucleate due to plastic ratcheting induced by asperity contact stresses, and consequently are named as ratcheting cracks. After nucleating and initially propagating, they arrest at some depth and resume propagating till about 70%-80% of the RCF failure life by initially turning parallel to contact surfaces. Their behavior of initiation and propagation is confined to a thin layer prior to the formation of surface distress. According to the critical principle of the preventive grinding strategy, removing the asperity influenced surface layer at about 70%-80% of the RCF failure life can effectively prevent the ratcheting cracks from developing into surface distress, which can lead to the formation of macro-RCF failure soon.     

拉伸装夹铣削对铝合金表层残余应力的影响

以铝合金为研究对象,提出将拉紧装夹应用到铣削加工中,以便对加工后工件表层的应力状态进行控制,改善零件的疲劳性能。通过试验,得出了拉伸应力、工件厚度及铣削用量等因素对表面残余应力的影响趋势。研究表明,拉伸装夹条件下铣削可以一次性实现对工件表面残余应力的控制,从而获得理想的残余压应力,对改善零件的疲劳性能极其有益。在文章的实验条件下,获得的工件表面残余应力均为压应力,最大达-250M Pa。     

倾斜裂纹的应力分布与裂纹面开口位移的关系

由于存在裂纹的机械结构的受力方向未必与裂纹方向相垂直,有必要研究裂纹在混合型应力条件下的应力分布及位移特性,而实际机械结构的形状往往很复杂,直接测得裂尖前沿的应力分布是很困难的.为此,在应力比为零的I型循环应力下制作倾斜角度为45°的裂纹,通过测量裂纹面的开口位移,计算得到了裂尖张开方向的应力分布和滑移方向的应力分布.对实验中试件和裂纹的实际尺寸进行了有限元模拟计算.通过比较实验和模拟计算结果,分析了在混合型应力条件下影响裂纹面开口位移特性的因素.结果表明,裂纹表面的凹凸不平导致的接触会影响裂纹面（特别是裂尖处）的滑移变形;当裂纹张开方向的变形较小时,随着裂纹表面接触面积增加,裂纹滑移方向的变形阻力增大,这种影响表现得更为突出;相反,裂纹表面接触对裂纹张开方向的变形却起到了促进的作用;另外,由于压缩残余应力的作用,疲劳裂纹的张开位移受到制约.     

残余应力及其表征参数对材料滚动接触性能的影响

为了深入研究残余应力对滚动接触的影响规律,建立了圆柱滚子轴承二维有限元简化模型,在施加不同残余应力的基础上进行弹塑性分析,并对残余应力的表征参数如梯度、大小和深度等进行了影响研究。结果表明：残余压应力能使弹性变形阶段的接触应力和塑性变形阶段的塑性应变下降;等大的残余拉应力则使二者增大更大的比率。通过参数研究发现：残余压应力梯度越小,塑性应变越小,残余拉应力梯度越接近0,塑性应变越小;残余压应力越大,塑性应变越小,残余拉应力越大,塑性应变越大;残余压应力加深一定值能够降低滚动接触塑性应变,从而提高疲劳寿命,残余拉应力的加深则会引起塑性应变和疲劳损伤的增大。     

压弯组合应力下高强钢表面裂纹

分析了压应力对表面裂纹应力强度因子的影响,给出了压力影响修正系和压弯组合应力作用下表面裂纺形貌变化的统一表达式,提出用焊接角度板和轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇耐压壳锥－柱焊接结合区的应力特征的实验方法,用980高强钢作试件,对压弯组合应力作用下的表面裂纹的疲劳行为进行了实验研究,描述了压弯疲劳载荷下面的裂纹形貌变化。     

倾斜疲劳裂纹在混合型应力下张开及滑移特性

对于存在裂纹的机械零件或者构件,它很有可能会受到来自不同方向的作用力, 因此有必要研究裂纹在混合型应力条件下的传播特性. 该文使用具有不同倾斜角度的裂纹--这些裂纹是在应力比R=0的Ⅰ型循环应力下制作的,通过测量裂纹的开口方向和滑移方向的位移量,计算了裂纹端部Ⅰ型应力强度因子(KⅠ)mes和Ⅱ型应力强度因子(KⅡ)mes.裂纹的倾斜角度是指载荷方向与裂纹间的夹角.结果表明,对于存在压缩残余应力的疲劳裂纹,当倾斜角度较大,即β=60°时,应力强度因子的实验值(KⅠ)mes小于理论计算值(KⅠ),但此时实验值(KⅡ)mes与理论值(KⅡ)基本一致.另一方面,对于倾斜角度较小β=45°的疲劳裂纹,其(KⅠ)mes减少的同时,由于裂纹上下表面相互接触,从而导致(KⅡ)mes同时下降.     

50CrVA钢复合处理后残余应力的分布及疲劳性能的研究

本文研究了50CrVA钢经气体软氮化加整体淬火复合处理后的残余应力分布及其疲劳特性。试验表明,复合处理可以明显地改善试样的残余应力分布情况,使表面呈压应力状态。由于表层氮、碳含量变化而引起的Ms点的变化与试样在冷却时存在的温度梯度的交互作用,使残余压应力的最高值出现在次表层,而在复合处理得到的强化层与心部组织交界处存在一压应力的“低谷”。复合处理后,试样表面的强化层对疲劳裂纹的扩展具有较大的阻碍作用,与常规处理相比,其旋转弯曲缺口疲劳极限提高约26.5％。     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场。基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响。结果表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发展,裂纹扩展形式与试验结果不符;焊后热处理可以显著降低焊接产生的高拉伸应力和压缩应力,但对疲劳寿命的增幅较小,仅为6.1%;考虑残余应力后疲劳裂纹扩展路径与试验更为接近,焊接结构有限元模拟应考虑焊接残余应力对疲劳裂纹扩展路径的影响。     

渗碳层非马氏体组织对接触疲劳性能的影响

本文通过H-800、BS-540型透射电镜、XYL-74型x射线应力测定仪和JP-BD-1型接触疲劳试验机,分别对四组不同非马氏体层深度的20CrMnTi钢渗碳滚轮试样进行了组织形态、应力分析和接触疲劳试验。结果发现,渗碳层表面非马氏体组织是极细珠光体、针状珠光体和上贝氏体。这类非马氏体层深度愈深,表面张应力愈大,次表层最大压应力愈小。与组织和应力对应,接触疲劳寿命随非马氏体层深的增加而降低,而组织沿层深分布的不均匀性是导致疲劳寿命下降的主要原因。