喷丸工艺对DC53钢表面完整性的影响试验研究

为了探究喷丸角度、喷丸压力等喷丸工艺参数对DC53钢表面完整性的影响,通过试验研究了不同喷丸角度、喷丸压力对DC53钢表层残余应力场分布及硬度场分布的影响规律,同时分析了喷丸后的表面形貌及喷丸工艺参数对表面粗糙度的影响.结果表明:喷丸后DC53钢引入了一定深度的残余压应力层,残余压应力随深度的增加呈现"U"型分布,当喷...     

微粒子喷丸单颗粒冲击的因次分析与仿真研究

为了研究微粒子喷丸(喷丸直径0. 02～0. 20 mm)的工艺参数对靶材、残余压应力层深度和表面粗糙度的影响,应用因次分析技术,在微粒子喷丸单颗粒冲击条件下,推导出3个无量纲关系式,建立靶材残余压应力层深度、表面粗糙度、弹痕直径与微粒子喷丸工艺参数(材料、直径、速度)之间的联系。为求解无量纲关系式中的待定量,采用5种靶材、2种喷丸材料、3种喷丸直径、3种喷丸速度组成13组样本,应用ANSYS/LS-DYNA软件对13组样本进行仿真试验,根据仿真结果求解出3个无量纲表达式中的未知量。     

超声辅助磨削淬硬42CrMo钢表面质量试验研究

淬硬42CrMo钢以其高强度、高韧性、优异的淬透性,适用于制造多种高载荷、交变载荷、高精密等多因素疲劳损伤失效的零件。该材料硬度高,因此普通加工方式加工难度大,加工后表面应力不可控,表面质量差。超声辅助磨削在加工硬脆材料方面具有优异性能,本文采用轴向超声振动辅助磨削方式以及普通磨削方式对淬硬42CrMo钢进行加工试验,使用各种测量仪器测量两种磨削后的42CrMo表面质量并观察分析。结果表明,两种方式加工后工件表面均有残余压应力,超声辅助磨削加工后工件表面残余压应力提高11.0%～30.8%,形貌优于普通磨削加工的粗糙度降低约80%,显微硬度高于普通磨削约10%。     

基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟

运用有限元软件ABAQUS建立喷丸强化有限元模型,研究冲击速度、弹丸半径、弹丸材料、覆盖率对残余应力场的影响.运用疲劳分析软件Msc.Fatigue建立了疲劳裂纹扩展分析模型,将非喷丸模型和喷丸模型的应力场导入Msc.Fatigue进行疲劳裂纹的扩展分析,比较研究残余应力场对疲劳裂纹扩展的影响.喷丸强化有限元模型的模拟结果表明,适当地增加冲击速度、弹丸半径、覆盖率等喷丸参数可以明显改善残余应力场的作用效果,钢丸喷丸产生的最大残余压应力值比玻璃丸喷丸产生的大.疲劳裂纹扩展分析模型的模拟结果表明,由于喷丸残余压应力场的作用,有效地改善了材料的疲劳性能,构件的疲劳裂纹扩展寿命提高了1.3倍.     

基于喷丸残余应力场的疲劳裂纹扩展数值模拟

运用有限元软件ABAQUS建立喷丸强化有限元模型,研究冲击速度、弹丸半径、弹丸材料、覆盖率对残余应力场的影响。运用疲劳分析软件Msc.Fatigue建立了疲劳裂纹扩展分析模型,将非喷丸模型和喷丸模型的应力场导入Msc.Fatigue进行疲劳裂纹的扩展分析,比较研究残余应力场对疲劳裂纹扩展的影响。喷丸强化有限元模型的模拟结果表明,适当地增加冲击速度、弹丸半径、覆盖率等喷丸参数可以明显改善残余应力场的作用效果,钢丸喷丸产生的最大残余压应力值比玻璃丸喷丸产生的大。疲劳裂纹扩展分析模型的模拟结果表明,由于喷丸残余压应力场的作用,有效地改善了材料的疲劳性能,构件的疲劳裂纹扩展寿命提高了1.3倍。     

水射流工艺对渗碳钢圆棒表层改性影响的研究

研究了后混合水射流喷丸对18CrNiMo7-6齿轮渗碳钢圆棒试样的表层改性工艺,在满足试样圆周面水射流喷丸全覆盖的条件下,采用单因素试验分别研究了圆棒试样转速、喷嘴移动速度、高压水射流泵压力和处理次数对试样材料的表面形貌、表面粗糙度、表层残余应力和硬度的影响,并分别运用超景深三维显微镜、三维表面形貌测量仪、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等仪器对上述结果进行测量。试验结果表明: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和磨损,改变试样表面形貌,试样表面粗糙度、表层残余应力和硬度随着试样转速和喷嘴移动速度的增加而减小,随着泵压力和冲击次数的增加而增大;当试样转速n=100 r/min,喷嘴移动速度v=50 mm/min,泵压力P=300 MPa,处理次数N=1时残余应力最大值约为-1 176. 25 MPa,硬度最大值为64 HRC,比原始试样提升了6. 7%。     

航空发动机钛合金叶片残余应力喷丸-电磁场复合调控技术

为改善航空发动机叶片残余应力分布状态、消除喷丸对叶片表面造成的微损伤,提出了喷丸-电磁场复合调控新技术。采用X射线衍射技术分别测试了叶片残余应力在喷丸前、喷丸后和喷丸-电磁场复合调控工艺处理后的分布规律。通过叶片材料微观组织分析,探讨了喷丸-电磁场复合调控工艺影响钛合金叶片残余应力的机理。研究结果表明,喷丸-电磁场复合调控工艺使叶片表面残余压应力最大提升了7.7%,改善了喷丸造成的残余压应力分布不均匀状况,并在叶片近表层形成了较强的残余压应力场,残余压应力最大提升1.55倍。与喷丸处理叶片相比,经喷丸-电磁场复合工艺处理叶片的疲劳强度增加33%~36%。     

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。     

气动冲击作用下钢材表面局部应力场分析

针对气动冲击作用下钢材表面局部应力场开展试验研究,从宏观和微观角度分析冲击作用下构件表面的残余应力场变化规律及硬化程度。同时,建立冲击过程的静力等效模型,分析不同的冲击参数对其残余应力场分布规律的影响,结果表明随着冲击的进行,试件表面残余压应力逐渐增大,且增幅趋于平缓,同时钢材表面晶格尺寸减小、硬化程度提高。有限元分析结果显示冲击作用下可以使构件产生明显的残余压应力,随着材料硬化程度的提高,增大冲击频率对残余压应力的提高效果不明显,较大尺寸的冲击头使得残余压应力分布更为均匀,范围更大。     

基于SPH耦合有限元法的喷丸残余应力场数值模拟

针对有限元方法不能有效模拟喷丸加工过程中大量弹丸反复冲击的现状,使用光滑粒子流体动力学法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合有限元法(finite element method, FEM)模拟喷丸强化过程。工件采用FEM建模,弹丸采用SPH建模,通过接触算法实现SPH和FEM的耦合以模拟弹丸对工件的强化作用。提出弹丸流的材料模型,分析了相关参数对工件残余压应力分布和能量利用率的影响。结果表明,随着弹丸打击次数的增加,工件表面残余压应力分布逐渐趋于稳定;高覆盖率能有效改善工件表面残余压应力分布,低覆盖率则会降低喷丸效果;适当提高弹丸速度虽然可以使残余应力层深度和最大残余压应力值增加,但会降低能量利用率。通过与相关实验数据的比较,验证了仿真模型和结果的正确性。