表面粗糙度对动车组车轮钢弯曲疲劳性能的影响

目的分析不同程度的表面损伤对车轮钢疲劳性能的影响程度,为车轮疲劳的预测提供有效指导。方法采用X射线衍射仪测量不同程度表面损伤试样的表面残余应力分布,通过弯曲疲劳试验机对不同表面损伤的试样进行疲劳测试,并采用扫描电镜对断口形貌进行分析。结果 Ra4.1试样表面残余压应力大约为Ra0.7试样的2~3倍。Ra0.7试样疲劳极限为287.5 MPa,Ra4.1试样疲劳极限为280 MPa,前者比后者提高了2.6%。在相同应力下,Ra0.7试样的疲劳寿命至少高出Ra4.1试样一个数量级。Ra0.7试样的疲劳裂纹起裂于表面机加工刀痕,深度约为20?m;Ra4.1试样的疲劳裂纹起裂于表面凹坑,深度约为40?m,直径约为100?m。结论试样表面粗糙度越大,表面损伤越严重,表面残余压应力越大。表面粗糙度等级提高,表面应力集中严重,材料的疲劳性能下降。所有试样均起裂于表面损伤宏观缺陷处,裂纹易于在表面粗糙度大的试样表面形成,向内部扩展速度更快。     

振动光整对提高TC17钛合金喷丸表面完整性影响的研究

为提高TC17钛合金零件服役性能,研究了振动光整对TC17钛合金喷丸表面完整性以及疲劳性能的影响。利用X射线应力仪、粗糙度仪、表面形貌仪研究了振动光整与喷丸复合处理对TC17钛合金表面残余应力、表面粗糙度及表面形貌的影响;利用旋转弯曲疲劳实验机研究了振动光整与喷丸复合处理对疲劳性能的影响。结果表明,合理的振动光整与喷丸复合处理能提高TC17钛合金的疲劳性能,同时获得良好的表面完整性;经复合处理后,试样的疲劳极限与未处理试样相比可提高12.2%,试样的表面粗糙度与喷丸试样相比由Ra1.0μm降至Ra0.2μm。     

TC4钛合金滚磨光整加工的表面完整性与抗疲劳性能

基于正交试验方法,采用卧式离心式滚磨光整加工工艺对钛合金TC4试件进行加工,研究主要工艺参数对表面粗糙度、显微硬度和残余应力的影响,确定了较优工艺参数;通过疲劳试验和SEM、XRD衍射测试等方法,分析了提高抗疲劳性能的效果和机理。结果表明:滚抛磨块直径是影响表面粗糙度值和残余应力的最主要因素;单面加工时,表面粗糙度Ra、Rz最大下降值为0.389μm和2.353μm,显微硬度可从314HV_(0.5)增加到367HV_(0.5),产生了308MPa的残余压应力;双面加工时,Ra、Rz最大下降值为0.356μm和2.151μm,显微硬度增加到346 HV_(0.5),产生了352 MPa的残余压应力。滚磨光整加工后,表面粗糙度的改善和残余应力的存在,有助于阻碍疲劳裂纹的形成和扩展,疲劳性能明显改善,单面加工可使试件的疲劳极限从389 MPa提高到450 MPa,提高了15.7%,双面加工时提高到578 MPa,提高了48.5%。     

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。     

微粒子喷丸高速动车组车轴钢疲劳性能的影响因素研究

目的 研究微粒子喷丸EA4T车轴钢表面残余应力、组织结构强化层以及表面粗糙度对疲劳性能的影响.方法 使用250℃保温2 h和550℃保温4 h的回火工艺对微粒子喷丸试样进行处理,研究微粒子喷丸试样表面残余应力和组织结构强化层对疲劳强度的影响.分析喷丸及回火处理试样表面的粗糙度、三维形貌、深度方向残余应力分布、X射线衍射峰、半高宽以及表面硬度,并进行旋转弯曲疲劳实验,确定疲劳性能.结果 微粒子喷丸增加了试样的表面粗糙度,在表面引入了深度为80～100μm的残余压应力和加工硬化.微粒子喷丸将材料的疲劳极限由365 MPa提高至470 MPa.回火处理使得喷丸试样表面微观组织发生了回复,其硬度降低,残余应力松弛.250℃保温2 h和550℃保温4 h的回火处理使得喷丸试样的疲劳强度分别降低至450 MPa和430 MPa.结论 微粒子喷丸在EA4T车轴钢试样表面引入的残余应力和组织结构强化层对疲劳强度的提高分别约为16％和23.8％,而表面粗糙度则降低了疲劳强度,降幅约为10％.     

热处理对表面纳米化工业纯锆疲劳性能影响研究

采用表面机械研磨处理(SMAT)对工业纯锆进行表面强化,使材料表面组织细化并引入残余压应力,通过热处理(HT)使表层残余压应力释放而纳米晶尺寸保持不变。利用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对试样表层显微组织进行表征,利用X射线应力仪测试距试样表面不同深度处残余应力,通过四点弯曲疲劳实验对热处理前后试样疲劳性能进行测试,利用扫描电子显微镜(SEM)对疲劳断口形貌进行观察,探讨晶粒细化及残余压应力对疲劳性能的影响。结果表明：SMAT使工业纯锆表层形成150μm左右变形层且最表面晶粒细化至35 nm左右,并得到深度为334 μm最大应力为-695.5MPa的残余压应力层;热处理后SMAT处理工业纯锆表层残余压应力场深度减至115μm、最大压应力降为-148.8MPa,残余压应力场的变化对裂纹源位置及材料的疲劳极限影响明显。SMAT处理使工业纯锆疲劳极限较未处理试样提升23%;通过热处理使其表层残余压应力释放后,其疲劳极限较未SMAT处理试样疲劳极限提高13%。     

表面超声滚压处理对AISI304不锈钢疲劳性能的影响

采用透射电镜、金相显微镜、便携式表面粗糙度测量仪、显微硬度测量仪和X射线衍射应力分析仪,研究了AISI304不锈钢传统车削加工和车削后SURP再处理的两种试样。分析了SURP试样表层特性的变化,通过旋转弯曲疲劳试验获取了两种试样的疲劳极限。结果表明:经SURP处理的试样粗糙度为0.19μm,传统车削试样的粗糙度为0.87μm,前者显微硬度在表层深度50μm处比后者提高了47%,残余压应力由-453 MPa提高到了-721 MPa,试样的疲劳极限由362 MPa提高到了434 MPa。     

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。     

航空发动机涡轮盘GH4133B合金的疲劳断裂与组织研究

研究了不同应力幅值下航空发动机涡轮盘用GH4133B合金的疲劳性能,并观察了疲劳断口形貌。结果表明,GH4133B合金的理论疲劳极限均值为239.5 MPa;应力幅值为432 MPa时,疲劳断口无明显塑性变形,断口整体较为平整;疲劳源位于试样表面夹杂物处,在应力作用下向心部扩展,后断区位于外侧边缘,可见小面积剪切唇;合金中第二相颗粒在一定程度上会抑制疲劳裂纹的扩展,并减缓裂纹扩展速率。     

汽车稳定杆用 55Cr3弹簧钢室温旋转弯曲疲劳性能

从汽车稳定杆用钢的实际应用需求出发,采用横向轴向应变控制方法,在应变循环比 R为－1,频率 83Hz和室温环境下,测试了 55Cr3弹簧钢旋转弯曲疲劳性能,得到了试样的 S-N曲线。并通过扫描电镜观察疲劳断口,研究了 55Cr3弹簧钢旋转弯曲疲劳特性。结果显示：生产的汽车稳定杆用 55Cr3弹簧钢具有高纯净度和良好的强度与塑韧性配合,其旋转弯曲疲劳试样的疲劳极限可达 730MPa;在较高应力下,裂纹起源于试样表面因加工刀痕和擦伤等引起的缺陷,且存在多处裂纹源。     

激光冲击强化与喷丸强化对FGH97高温合金疲劳性能的影响

对FGH97粉末高温合金进行激光冲击强化和喷丸强化,利用X射线应力分析仪测定强化层的残余应力,测定650℃下旋转弯曲疲劳性能,利用SEM观察分析疲劳断口特征。 结果表明,2种表面强化方法都可以提高FGH97粉末高温合金的疲劳性能,但激光冲击强化试样比喷丸强化试样具有更深的残余压应力层和较好的表面粗糙度,且残余应力在高温疲劳载荷下的松弛较小,因此具有更好的强化效果;与未表面强化的试样相比,喷丸强化试样和激光冲击强化试样的疲劳裂纹源都出现在亚表面,而未强化试样的疲劳裂纹源则出现在表面。     

复合喷丸对300M钢圆筒零件疲劳性能的影响

对300M钢圆筒零件进行了复合喷丸强化,测试了复合喷丸强化后300M钢圆筒零件的疲劳性能,并对疲劳断口进行了分析。结果表明,复合喷丸后圆筒零件的疲劳极限比未喷丸零件提高了480 MPa,且数据分散性得到明显改善。未喷丸零件断裂皆起源于零件表面的加工刀痕。喷丸后零件表面粗糙度得到改善,疲劳源区呈现多源特征。喷丸带来的表面残余压应力促使断裂起源于亚表面夹杂物。     

大颗粒碳化物对GCr4Mo4V钢旋转弯曲疲劳的影响

以“真空感应+电渣重熔”工艺制备的退火态热轧直条高温轴承钢GCr4Mo4V为试验材料,经过1120℃保温30 min油淬以及3组530℃保温2 h的回火处理后,开展960、1000、1040、1080 MPa四个应力水平的旋转弯曲疲劳试验,得到S-N曲线并计算出中值疲劳极限为686 MPa,对旋弯疲劳试样断口形貌分析表明,GCr4Mo4V轴承钢旋转弯曲断口由近表面起裂源、裂纹扩展区、应力撕裂区3个特征区域构成,起裂源距试样表面约240μm,中心为粒径范围为16.93～53.94μm的大颗粒碳化物,裂纹在大颗粒碳化物与基体界面处形核,并逐渐向试样中心扩展,最终在扭矩作用下将试样撕扯断裂;数值分析表明,大颗粒碳化物粒径D与疲劳寿命对数lg(N)呈线性关系,经线性拟合后得到的数学关系式为lg(N)=-0.053 77D+7.326 82,由此指明了GCr4Mo4V轴承钢大颗粒碳化物的极限细化是进一步实现轴承钢长寿化的关键举措。     

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。     

喷丸对钛合金TC4磨削加工表面完整性的影响

对4种表面状态(磨削1,磨削2,磨削1+喷丸以及磨削2+喷丸)的钛合金TC4开展了表面完整性研究.测试了4种表面状态的粗糙度、残余应力和半高宽,并确定了室温疲劳极限.结果表明,磨削工艺对于钛合金TC4的半高宽和疲劳性能有较大影响,不同工艺磨削后X射线衍射峰半高宽分别为2.1.和2.5.,旋转弯曲疲劳极限分别为406 MPa和432 MPa;而喷丸后,由于表面强化层深度大于磨削影响层,残余压应力和加工硬化的作用大幅度提高了疲劳极限,并使不同加工状态的试样疲劳性能趋近一致(585 MPa和594 MPa),消除了由于磨削方法不同导致的表面完整性差别.     

打磨方式对SMA490BW耐候钢十字接头疲劳性能的影响

对SMA490BW耐候钢十字焊接头进行了不同方式的打磨处理,研究了打磨方式对十字焊接头疲劳性能的影响,并借助SEM研究了疲劳断口形貌.运用ABAQUS有限元软件计算十字焊接头的应力分布及应力集中系数.结果表明,未打磨试样疲劳极限约为70.6 MPa,简单打磨试样疲劳极限约为98.6 MPa,过渡圆弧打磨试样疲劳极限约为...     

三维表面粗糙度对18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳寿命的影响

目的探究固定载荷下三维表面粗糙度S_a对18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳寿命的影响。方法通过砂纸研磨制备不同表面粗糙度及纹理方向的18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试样,测量所有试样的表面粗糙度参数S_a及三维表面形貌参数S_q、S_z、S_(sk)、S_(ku)。对试样进行旋转弯曲疲劳试验,分析疲劳寿命。结果在相同或相近粗糙度的情况下,轴向纹理疲劳试样疲劳寿命大于周向纹理疲劳试样疲劳寿命。相同纹理方向的情况下,表面三维粗糙度S_a越低,试样疲劳寿命越高。试样疲劳寿命次数与表面粗糙度参数S_a及三维表面形貌参数S_q、S_z、S_(sk)、S_(ku)均有明显的相关性。结论对于18CrNiMo7-6钢旋转弯曲疲劳试样,拥有平行于疲劳应力的机械加工纹理比垂直于疲劳应力的机械加工纹理具有更小的危害性。降低18CrNiMo7-6试样表面粗糙度,能够有效提高试样旋转弯曲疲劳寿命。纹理方向平行于疲劳应力方向的试样,表面偏斜度S_(sk)对零件疲劳寿命影响不明显。     

激光冲击强化和喷丸强化对FGH97高温合金疲劳性能的影响

对FGH97粉末高温合金进行激光冲击强化和喷丸强化,利用X射线应力分析仪测定强化层的残余应力,测定650℃下旋转弯曲疲劳性能,利用SEM观察分析疲劳断口特征。结果表明,2种表面强化方法都可以提高FGH97粉末高温合金的疲劳性能,但激光冲击强化比喷丸强化具有更深的残余压应力层和较好的表面粗糙度,且残余应力在高温疲劳载荷下的松弛较小,因此具有更好的强化效果;与未表面强化的试样相比,喷丸强化和激光冲击强化试样的疲劳裂纹源都出现在亚表面,而未强化试样的疲劳裂纹源则出现在表面。     

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。     

喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为,并分析表面影响层性能,尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理,对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析,然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程,并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比,MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力,同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能,CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系,这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下,CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快,当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后,剩余的残余压应力高于初始值的80%时,疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面,喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比,MSP可以引入更优的表面影响层,在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程,从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外,残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。