超声冲击处理对TA15钛合金板材焊缝残余应力的影响

由于焊接过程中的温度分布不均匀,在焊接接头处会引入较大的残余应力,对焊接构件稳定性产生不利影响,超声冲击处理(UIT)则是常用的消除残余应力的方法。采用电子束焊接方式对3 mm厚TA15钛合金板材进行焊接,随后对焊接板材焊趾部位进行超声冲击处理。在光学显微镜下观察焊接接头的显微组织,利用X射线应力仪测量焊接接头的残余应力,研究超声冲击处理对焊接接头残余应力的影响。结果表明,对于TA15钛合金板材,电子束焊接接头呈"倒三角"形,焊缝处晶粒粗大;超声冲击处理能够降低焊缝表面的残余应力,并将残余拉应力转化为残余压应力。对焊趾部位超声冲击处理后,电子束焊接板材焊缝处的平均残余应力从200 MPa降低至-53 MPa。     

高能喷丸对工业纯钛钎焊的影响

通过高能喷丸方法在工业纯钛表面制备了纳米表层,选择B-Ag40CuZnCdNi钎料对纳米化前后的纯钛进行了不同工艺的钎焊,借助微观组织分析和抗剪强度测定研究了表面自身纳米化对工业纯钛钎焊过程的影响。结果表明:用B-Ag40CuZnCdNi钎料钎焊工业纯钛时,表面自身纳米化预处理提高了母材表面的活性,促进了纯钛母材向液态钎料中的溶解,低温短时焊接时对接头性能提高有利,接头强度比未预处理时提高了13.8%。焊接温度超过650℃后,母材纳米表层的高活性使界面区的金属间化合物层增厚,接头性能反而下降;由于在焊接温度下元素的固态扩散不易进行,纳米化前处理对液态钎料中的元素向母材扩散的影响不明显;母材纳米化前处理后,钎焊时通过降低焊接温度和缩短保温时间,既可发挥纳米表层有益特性,同时避免不利影响。     

双相钢DP540、DP590焊接工艺研究

实验通过对DP540、DP590采用各类型不同焊接实验,对比力学性能及微观金相组织找出合理的焊接工艺,同时进行不同工艺参数条件下的熔敷效率及焊道成形性、飞溅量的变化研究,试验用焊接材料熔敷金属力学性能及扩散氢含量测试,研究焊缝经过超声冲击(UIT)处理后的力学性能、疲劳强度及接头内部残余应力的变化。     

表面机械研磨工业纯锆的疲劳性能研究

采用表面机械研磨工艺对工业纯锆进行处理,利用四点弯曲疲劳试验对试样的疲劳性能进行研究,并利用透射电子显微镜(TEM)和光学显微镜(OM)对试样的微观组织进行观察,利用纳米压痕仪测试处理试样从表层到基体的硬度分布,采用X射线衍射(XRD)方法分析表层晶粒尺寸、微观畸变以及残余应力分布特征。结果表明:经表面机械研磨处理工业纯锆的疲劳极限为195 MPa,而原始试样的疲劳极限为159MPa,表面机械研磨处理使工业纯锆的疲劳极限提高了23%,疲劳性能的改善可归因于表面机械研磨引入的纳米化表层、加工硬化以及残余压应力。本文进一步研究发现,应力幅大于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳寿命低于原始试样;应力幅低于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳性能比原始试样优异。     

基于IWOA-BP算法的超声冲击重轨残余应力预测

重轨在轧制、矫直等工艺过程中都会产生残余应力，这对重轨的力学性能有很大的影响。超声冲击处理是改善重轨表面残余应力的有效方法。采用3种不同的冲击头和5种工艺参数对重轨表面进行超声冲击处理，并建立有限元仿真模型模拟冲击过程。以实验与仿真数据为基础，建立IWOA-BP算法预测模型，与单层BP、深层BP和传统WOA-BP模型相比，IWOA-BP算法预测表面残余应力和次表层最大残余压应力的精度更高，其平均绝对误差MAE分别为0.008和0.012,决定系数R²分别为0.999 88和0.997 22,表明该模型能够有效地预测重轨超声冲击处理后的残余应力。     

钛材的表面加工

金属切削加工和磨削加工可产生金属表面的损伤,其损伤可引起金属表面特性和金属表层特性的变化.金属表面特性是指表面粗糙度、波纹、形状(公差)、显微缺陷(裂纹、凹坑等);表层特性包括表面残余应力、热影响层的显微组织变化、硬度及塑性变化等.有资料表明,选用不同的切削加工工具及不同的切削工艺进行钛材的切削加工,可使钛材的表面粗糙度、表面残余应力和疲劳强度有所不同.在Ti—6Al—4V钛     

蠕变对液压胀接的管板接头残余接触压力的影响分析

利用非线性有限元方法对TA2换热管与TA2-Q345R复合管板连接接头进行胀接模拟,并将胀接后的残余接触压力场作为蠕变分析的预定义场,进行蠕变顺次耦合分析,研究不同温度下TA2纯钛蠕变对胀接残余接触压力的影响。结果表明,胀接后的接触面存在两个高应力环带,TA2纯钛管与钛覆层胀接区域的接触压力较高。受TA2纯钛蠕变的影响,胀接接头的残余接触压力开始下降很快,之后趋于平缓,但80℃工况下的最终残余接触压力比20℃要低。当温度达到150℃时,TA2纯钛出现了蠕变饱和现象,使得残余接触压力相对提高,延长了热交换器液压胀接接头的使用寿命。当温度达到225℃以后,TA2纯钛蠕变特征不再出现,残余接触压力只受热应力的影响,随温度升高而降低。     

表面纳米化工业纯钛组织性能研究

采用表面机械研磨处理(SMAT)实现工业纯钛的表面纳米化,利用金相显微镜(OM)、显微硬度计对其微观组织及显微硬度进行表征、测定;利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS),结合X射线光电子能谱分析(XPS)技术,研究了表面纳米化工业纯钛在Hank's人工模拟体液中的腐蚀行为。结果表明:SMAT处理工业纯钛表层晶粒尺寸达到纳米级,从表层到基体晶粒尺寸由小到大呈梯度分布,其表层显微硬度明显提高,并由表层逐步降低至基体硬度。SMAT处理工业纯钛的自腐蚀电位较原始工业纯钛正移,腐蚀电流密度较原始工业纯钛低,其EIS高频容抗弧半径较原始试样大,表现出更稳定的钝化现象。表面纳米化过程中产生的高密度晶界和位错为Ti~(4+)提供了更多的扩散通道,有助于表面产生稳定的保护钝化膜,提高其耐蚀性。XPS分析结果表明,SMAT处理工业纯钛钝化膜的主要成分为Ti O_2。     

激光多点冲击Zr基非晶合金残余应力研究

为了实现非晶合金大面积均匀应力强化,采用有限元数值模拟方法研究了激光多点冲击诱导Zr基块体非晶合金的表面残余应力场,得到了不同工艺条件下表面残余应力分布规律。结果表明,经激光冲击强化处理后,非晶合金表面形成了一定深度的残余压应力,然而,残余压应力的大小和均匀性受激光多点冲击工艺参数(相邻光斑中心距、搭接率和冲击波峰值压力)的显著影响;相邻光斑中心距对激光冲击区域的残余压应力影响较小,而光斑之间区域的残余压应力随光斑中心距的减小发生显著变化,其值逐渐增大;相邻光斑搭接冲击时,随搭接率的增加,非晶合金表面形成的残余压应力增大,且均匀性得到提高,搭接率相同时,搭接冲击排数对残余压应力并无明显影响;冲击波峰值压力越大,非晶合金表面残余压应力越大,但应力分布越不均匀,而且冲击区域凹凸不平的微凹坑形貌越明显。     

钛焊管内应力测试

由于钛焊接管是钛带经过滚轧成型过程中经弯曲变形最后焊接而制造出来的,因此管子的外表面有圆周方向的拉应力,内表面有圆周方向的压应力.另外,在焊接过程中,焊缝及其附近区域(热影响区)产生了压缩塑性变形,从而引起焊接残余应力.总之,钛焊管在一定程度上存在着内应力.     

激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化处理对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响。采用表面粗糙度仪、显微硬度计和X射线衍射残余应力仪分别对激光冲击强化前后Ti-6Al-4V合金表面完整性进行了表征。在PQ-6旋转弯曲疲劳试验机上测试了经激光冲击强化处理的Ti-6Al-4V合金107周次条件下的疲劳极限,用扫描电镜分析了疲劳断口形貌,探讨激光冲击强化机制。结果表明,激光功率密度越大,表面粗糙度越小,表面残余压应力和表面硬度值越大,残余压应力层和硬化层深度越深;与原始试样相比,激光冲击强化试样的疲劳极限提高了33.3%,原因是激光冲击强化可以显著降低合金表面的粗糙度,改善合金的表面完整性,产生深层的残余压应力场和表面硬化层,将疲劳裂纹源由表层转移到次表层,有效地抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升合金的疲劳抗力。     

热处理对GH3128合金接头组织及力学性能的影响

 核能已经逐渐取代化石能源成为新一代能源,作为重要构件的高温气冷堆中间换热器得到了广泛关注。由于GH3128合金具有较好的焊接性、较高的高温抗氧化性能和组织稳定性,有望成为超高温气冷堆中间换热器的候选材料,但基于换热器结构复杂性以及密封性的要求,焊接是其生产和制造的关键成形手段。采用脉冲钨极氩弧焊(GTAW)对GH3128合金2 mm板材进行对接焊,研究了热处理对焊接焊接接头显微组织以及应力的影响。结果表明,在优化焊接工艺参数下,固溶态板材接头表现出最高的强塑性,室温及高温拉伸断裂位置均为母材。由于热轧态与固溶态板材接头热影响区在焊接过程中产生残余应力,导致该区硬化,在高温变形过程中残余应力诱发热影响区μ相析出,对接头持久、蠕变性能造成不利影响。焊后热处理消除了接头热影响区的残余应力,减少了持久、蠕变过程中μ相的析出,接头持久寿命得以改善。在1 200 ℃下,残余应力可为焊后热处理过程中静态再结晶提供激活能,接头热影响区发生再结晶,硬度下降,接头塑性变形能力不协调,导致室温拉伸与950 ℃拉伸断裂位置均为焊接接头。对固溶态板材试样进行不同的焊后热处理,EBSD扫描结果分析发现,接头经过1 100 ℃×10 min热处理后,残余应力明显消失,温度升高至1 140 ℃后,热影响区开始发生再结晶。     

工业纯钛TA2压载荷下含表面裂纹板应力强度因子

以压载荷下工业纯钛TA2含表面裂纹板为研究对象。采用有限元方法,建立了压载荷下含复合型半椭圆表面裂纹板模型,计算了裂纹体应力强度因子,研究了裂纹倾角β、裂纹相对深度a/t、裂纹相对形状a/c、裂纹面摩擦系数μ和侧压系数λ对应力强度因子的影响。结果表明：裂纹倾角,裂纹相对形状对应力强度因子影响显著,裂纹相对深度对应力强度因子影响不明显。摩擦系数和测压系数的增大可明显减小应力强度因子,抑制剪切破坏。最后基于应力强度因子有限元解,回归得到了适用于受单轴压载下含半椭圆表面裂纹板的应力强度因子K_Ⅱ和K_Ⅲ解。研究结果对工业纯钛TA2压载荷下含半椭圆表面裂纹结构安全性评价具有参考价值。     

湿法喷丸处理YG8合金表面残余应力分析及对性能的影响

采用湿法喷丸工艺对YG8硬质合金进行表面处理,旨在提高材料的性能.通过X射线衍射法对不同喷射条件处理的合金表面残余应力及其深度分布进行了分析,并研究了残余应力对力学性能的影响.研究表明,湿法喷丸处理在硬质合金表层内产生残余压应力,喷射压力和喷射时间对残余应力及分布有显著影响,该应力及分布有利于材料性能的提高.应用该处理方法,在喷射压力为0.5MPa、喷射时间为2min的条件下,硬质合金的抗弯强度提高约11%,洛氏硬度为89.64HRA,磨损量减少36%.     

Ti-55531合金片层组织的表层渗硼改性研究

系统研究了不同温度渗硼处理对Ti-55531片层合金表层组织、成分、硬度分布及残余应力的影响。结果表明：Ti-55531合金渗硼后渗层由等轴化趋势明显的白亮产物外表层、须状组织过渡层和原始片层基体三部分组成,渗层B元素含量由表及里逐渐降低。合金表层因渗硼后形成了钛硼化合物梯度层,显微硬度得到显著提高,且从表层到心部硬度也逐渐降低。另外,渗硼后合金表面呈现为残余压应力状态,且残余压应力值随渗硼温度的升高而增大。本研究结果可为进一步研究渗硼处理对Ti-55531合金耐磨损及疲劳性能的影响奠定基础。     

超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能影响

 通过超声疲劳试验探究超声冲击对P355NL1钢焊接接头超高周疲劳性能的影响。结果表明,由疲劳[S-N]曲线可知,在105～109寿命区间内,冲击态试样的疲劳性能要高于焊态试样,在1.0×108的疲劳寿命下,焊态试样的疲劳强度为139 MPa,冲击态的疲劳强度为217 MPa,冲击态疲劳强度相较于焊态提高了56%,这表明超声冲击可以明显提高焊接接头的疲劳强度。利用扫描电镜（SEM）观察断口形貌可以发现,裂纹源位于焊接接头焊根区表面。P355NL1钢焊接接头疲劳断裂为准解理断裂,超声冲击可以提高焊接接头的疲劳强度,但不会改变其疲劳失效机理。超声冲击可以降低焊根处应力集中,引入有益压应力和表面晶粒细化,从而提高焊接接头的疲劳强度。     

钛及钛合金喷丸强化研究进展

喷丸强化能够显著提高钛及钛合金材料的常规抗疲劳性能和微动疲劳抗力,在最佳的喷丸工艺条件下可以得到较好的性能.本文从组织强化、应力强化、残余压应力及其松弛、表面粗糙度几方面叙述了钛合金的喷丸强化机制和研究进展.最后阐述了喷丸强化对钛合金力学性能的影响研究.     

喷丸处理对TiAl合金拉伸性能的影响

采用氧化锆颗粒在不同喷射压强下对成分为Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr(%,原子分数)的铸造TiAl合金进行喷丸处理实验,分析试样表面状态变化及其对室温拉伸性能的影响,结果表明,喷丸处理增加了表面粗糙度,改变了试样的表面形貌,使表面损伤痕迹的大小和方向均发生变化,且在试样的表面形成残余压应力,这些表面性质的改变程度均随喷射压强的提高而增大;喷丸试样的抗拉强度因表面压应力的存在而有所提高,但由于表面损伤和表面压应力的综合作用,其室温拉伸塑性在1×105Pa喷射压强下增加,而在2×105 Pa和2.5×105Pa的喷射压强下回落到原拉伸塑性水平.     

表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响

研究了磨削、一次喷丸、二次喷丸3种表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律,采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪对经不同方法加工的试样的表面形貌、表面粗糙度和表面残余应力分布等表面完整性参数进行了表征。采用旋转弯曲疲劳试验机分别测试了不同方法加工的光滑试样(应力集中系数Kt=1)和缺口试样(Kt=2)的旋转弯曲疲劳S-N曲线。结果表明,相比磨削,一次喷丸和二次喷丸处理后TC4钛合金光滑试样和缺口试样的疲劳极限均显著提高,TC4钛合金的疲劳缺口敏感性下降。另外,二次喷丸的疲劳极限增益效果优于一次喷丸的,原因是二次喷丸在TC4钛合金表面形成了更优的残余压应力场分布和更低的表面粗糙度。     

Ti-25Cu-15Ni钎料钎焊的TA0钛接头界面微观组织及拉伸性能

采用真空电弧熔炼法制备钛基钎料Ti-25Cu-15Ni(at.%),通过DSC、SEM和XRD分析确认该钎料的焊接温度和微观组织结构及形貌。采用该钎料钎焊工业纯钛TA0,并分析焊接接头的微观组织结构。结果表明,该钎料主要由α-Ti和Ti2Cu共晶组织构成,在1 000℃焊接温度下,在钎料/焊接母材接头界面,有大量的Ti2Cu和TiNi化合物形成。同时,在靠近母材部分存在α-Ti+TiNi共晶组织,Ni元素扩散到钛合金母材中形成针状TiNi化合物,有利于连接强度的提高。测试了在1 000℃下的不同保温时间对试样拉伸强度的影响,结果表明,1 000℃下保温30 min制备的连接件最大拉伸强度为185.65 MPa。