7050铝合金高速二维超声滚压对表面质量的影响

为实现7050铝合金高效优质表面强化,将高速超声引入到二维超声滚压中,研究了7050铝合金高速二维超声滚压后的表面质量。首先采用单因素试验法对7050铝合金进行高速二维超声滚压加工试验,利用超景深测量仪和扫描电镜观察并对比分析了车削后与滚压后的表面形貌和微观组织;采用粗糙度测量仪、显微硬度计和X射线衍射仪测量滚压后的表面粗糙度、显微硬度和表面残余应力,并分析了不同工艺参数对表面质量的影响。结果表明:7050铝合金经高速二维超声滚压加工后,试件表面更为光滑,表层组织更致密,能有效降低表面粗糙度值、提高显微硬度,并形成残余压应力,表面粗糙度最低为0. 68μm,降幅达65%,表面显微硬度最大为156 HV0. 1,增幅达72%,表面残余压应力最高达-329. 5 MPa。在高速二维超声滚压中,7050铝合金工件表面粗糙度主要受静压力和转速影响,表面显微硬度受静压力、进给量和振幅影响较大,而表面残余压应力主要受进给量的影响。7050铝合金加工时表面组织及性能主要受冷塑性变形和温度场的综合影响,高速二维超声滚压加工工艺能够实现7050铝合金的优质高效强化处理。     

二维超声滚压7050铝合金的微观组织与力学性能

采用二维超声滚压加工方法对7050铝合金进行处理,研究二维超声滚压加工对铝合金表面微观形貌与力学性能的影响。结果表明:经过二维超声滚压处理后,铝合金表面微观形貌明显改善,当滚压次数为4次时,表面微观形貌最均匀;随着滚压次数增加,表面粗糙度值先减小后增大,最大降幅达73%。铝合金表面硬度值、残余压应力随滚压次数的增大而增大,且硬度最大提高了43%,表面残余压应力值最大为242.9 MPa。     

超声滚压12Cr2Ni4A齿轮钢残余压应力特性研究及参数优化

目的 实现高效率、低表面粗糙度和大残余压应力制造。方法 利用ANSYS软件建立12Cr2Ni4A齿轮钢外圆超声滚压有限元模型,分析超声滚压加工后,残余应力场的分布规律。搭建12Cr2Ni4A齿轮钢试验平台,研究工艺参数对工件表层残余应力的影响规律。同时对有限元模型进行验证。运用非线性曲线拟合方法,构建超声滚压工件表面残余应力及其表面粗糙度预测模型,基于赫兹接触理论和压痕几何关系,建立外圆超声滚压加工效率理论模型。结果 经过超声滚压加工后,12Cr2Ni4A齿轮钢表层残余压应力显著提升,且沿滚压深度方向,呈现先增大后减小趋势。最大残余压应力随着初始静压力的增加,峰值点逐渐从表层向次表层移动,最大残余压应力值为?654 MPa,此时硬化层深度约为0.8 mm。经优化得到最优参数为:F=315 N,vf=0.32 mm/min,n=269 r/min。结论 12Cr2Ni4A齿轮钢表层残余压应力随静压力的增大,呈线性增加趋势,随主轴转速和进给量的增大略微减小。参数优化后,加工效率得到进一步提升,工件能够获得良好的表面状态。     

基于超声滚压加工的轴承内圈表层残余应力研究

为了研究超声滚压加工参数与轴承内圈表层残余应力之间的关系,建立有限元模型,分析内圈超声滚压加工过程中残余应力分布规律,并对轴承内圈进行超声滚压加工试验,通过单因素试验和正交试验相结合的方式,研究各个参数对轴承内圈表层残余应力的影响规律。结果表明,超声滚压加工技术可以实现轴承内圈塑性强化作用,提高其表层残余压应力,且超声滚压加工中的静压力参数对轴承内圈表层残余应力的分布影响最大,其次是主轴转速,影响最小的是横向进给量。     

超声冲击工艺参数对装甲铝合金焊接应力影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金焊后超声冲击的有限元模型,预测不同超声冲击工艺参数对7A52铝合金残余应力大小和分布的影响. 分析了超声冲击振幅、频率、静压力对焊接残余应力的影响规律. 旨在探讨超声冲击工艺参数对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响因素. 计算结果表明,超声冲击振幅对残余应力场影响显著,频率次之,静压力对残余应力场影响最小;增大冲击振幅能够显著提高焊缝接头处的残余压应力值,且会增大压应力产生区域;增大超声冲击频率,会增加接头处残余压应力值,但增加的幅度有限;静压力对残余压力影响不明显. 用所建模型计算得到的数值结果规律与实测的残余应力值基本一致.     

超声滚压参数对TC4钛合金表面完整性的影响

为研究加工参数对超声辅助滚压强化TC4钛合金表面完整性的影响规律，设计基于主轴转速、进给速度、静压力和加工次数的4×4正交试验，对试样表面显微形貌、残余应力、硬度和粗糙度进行观测分析。结果表明：表面残余应力和硬度随主轴转速和进给速度的增大先增大后减小，随静压力的增大逐渐增大，随加工次数的增多逐渐减小；表面粗糙度随主轴转速和进给速度的增大逐渐增大，随静压力和加工次数的增大而减小。加工后试样表面完整性得到有效提高，划痕缺陷被消除，表面光整度提高；并形成了有利的残余压应力，最大值为-431.063 MPa,表面显微硬度提高了38.1%,表面粗糙度降低了92.7%。     

超声振动辅助滚压参数对钛合金表面残余应力的影响

结合有限元分析和实验研究,基于与普通滚压工艺的对比,对超声振动辅助滚压强化钛合金表面的残余应力场进行分析,获得了沿改性层深度方向的残余应力变化和瞬态应力分布云图。结果表明:与普通滚压相比,超声振动辅助滚压可改变滚压头和材料表面接触力的作用方式,使应力波沿着材料深度方向动态传播,从而产生更深的残余压应力影响层,并导致压应力层下移。在实验参数条件下,最大残余压应力值和表面残余应力值都随着静压力的增大而显著增大;随着主轴转速的增大,最大残余压应力值明显单调增加,而最大残余压应力层深度逐渐减小;振幅对残余应力场的影响不十分显著。     

超高强度钢强力滚压残余应力仿真与试验研究

目的 研究不同强力滚压工艺参数对超高强度钢表层残余应力分布的影响.方法 针对45CrNiMoVA超高强度钢的表面强化问题提出了强力滚压工艺.采用硬质合金滚压刀具,对试样施加超过2500 N的滚压力,进行强力滚压强化单因素试验.基于SEM和EBSD测试,分析强力滚压对超高强度钢表层微观组织的影响,进而对不同滚压参数下超高强度钢表层残余应力分布与表面残余应力变化进行分析.最后通过ABAQUS有限元仿真建立了超高强度钢强力滚压强化表层残余应力场预测模型,对滚压强化表层残余应力仿真值与试验值进行了对比.结果 强力滚压使得超高强度钢表层的平均晶粒尺寸从0.813μm降低为0.474μm,且马氏体晶粒沿滚压方向发生了变形滑移.超高强度钢经强力滚压后,表层残余压应力由–276 MPa提升至最高–942 MPa,残余压应力深度由0.2 mm增加至最大0.9 mm.超高强度钢强力滚压试验和仿真残余应力沿径向的分布规律一致,滚压表面残余压应力仿真值与试验值的误差小于27％.结论 测试分析表明,强力滚压可有效细化超高强度钢45CrNiMoVA表层晶粒并且改善残余应力分布,残余压应力值随着滚压深度和滚压次数的增加而增大,随进给量和工件转速的增大而减小.强力滚压仿真较为准确地预测出滚压强化表层残余应力分布情况,为超高强度钢45CrNiMoVA等一类难加工材料构件的表面强化问题提供了工艺指导.     

42CrMo钢超声滚压残余应力及等效塑性应变研究

基于接触力学模型，建立了超声滚压加工残余应力分布的理论模型，模拟了不同静压力、进给速度和振幅下的超声滚压加工过程，分析了超声滚压加工后残余应力和等效塑性应变的分布情况。结果表明，试样表面会发生不同程度的塑性变形并产生残余压应力。随着深度的增加，残余压应力逐渐增大，在深度为0.4 mm处达到最大值，之后逐渐转为残余拉应力，最后残余拉应力和残余压应力趋于平衡。随着深度的增加，等效塑性应变先增大后逐渐减小，最后在深度约1 mm处达到0。加工参数中静压力对残余应力和等效塑性应变的影响最为显著，最大残余压应力和等效塑性应变随着静压力的增大而增大，最大残余压应力和最大等效塑性应变分别为-910.07 MPa和0.46。对比残余应力实验和仿真结果，发现二者残余应力随加工参数的变化规律一致，并且误差范围基本保持在10%以内，验证了有限元模型的准确性和有效性。     

静压力对超声滚压表层特性的影响

目的研究不同静压力对试样表面形貌、粗糙度、晶粒细化程度、随表层深度变化的显微硬度和残余应力的影响。方法运用超声滚压加工技术,采用HEU-Ⅱ系列的超声滚压设备和卧式车床对AISI304不锈钢进行处理,改变静压力,其余参数不变。利用综合扫描电子显微镜、触针式粗糙度仪、金相显微镜、显微硬度仪和X射线衍射分析仪等进行检测分析。结果静压力在300~800 N时能获取较好表面质量,超过800 N后会对表面产生损伤,出现细纹。通过XRD分析,静压力越大,晶粒细化程度越高,X衍射峰的宽化程度也越小。试样表层硬化层深度和硬度随静压力增大而增加,600 N时的硬化层比200 N时增加150μm,硬度增加35%,残余应力在表面表现为压应力,随着静压力增加而增加。当静压力增大到600 N时,最大残余应力由表面转移至材料内部。结论静压力参数在一定的范围内会产生很好的加工效果,超过一定的范围则会带来不良影响,这为运用超声滚压技术加工精密工件奠定了理论基础。     

超声滚压加工对X80管线钢焊接残余应力的影响

建立超声表面滚压加工（ultrasonic surface rolling process,USRP）的三维有限元模型,开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序,利用有限元软件ABAQUS模拟了X80管线钢焊缝不同方向的焊接残余应力,在此基础上叠加USRP的超声振动与静载荷的综合作用,模拟了表面塑形变形、应力和应变,耦合后分析了USRP前后残余应力的变化规律.结果表明,经过USRP处理,X80管线钢表面焊缝区由三向残余拉应力变为三向残余压应力,随着USRP次数的增加,残余压应力数值不断增大,残余应力σ_x,σ_y,σ_z变化规律基本相同.     

超声冲击处理对7A52铝合金焊接应力影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,建立了7A52铝合金双丝MIG焊的热力耦合数值模型,得到焊接残余应力场;随后利用数值传递方法,对焊接接头处进行超声冲击处理,建立焊接和超声冲击处理耦合模型,得到冲击后的残余应力场,分析了冲击前后残余应力分布特点和大小,并且通过改变冲击针移动速度分析其对残余应力的影响规律.旨在探讨超声冲击对7A52铝合金焊接残余应力改善的影响.计算结果表明,超声冲击处理能够显著改善焊缝和热影响区的表面残余应力,且随着冲击移动速度的增加,得到的焊接接头处压应力值逐渐减小.     

超声滚压强化对2D12铝合金疲劳性能的影响

通过对比分析2D12铝合金超声强化试样与抛光试样的疲劳性能,对表面硬化、残余应力和疲劳寿命进行了研究。残余压应力和梯度纳米晶结构对改善构件的疲劳性能起着至关重要的作用,可以有效减少疲劳裂纹的萌生和扩展。实验及分析预测结果表明,试样经超声强化后,轴向压应力提高了55%,显微硬度提高了20%。通过对表面强化规律的研究,为2D12铝合金的强化工艺和疲劳性能的影响提供了指导。     

喷丸强化AZ91 D镁合金残余应力场的数值模拟及实验研究

目的研究喷丸工艺对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响。方法基于有限元平台建立喷丸强化AZ91D镁合金的有限元模型,从残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度等方面探讨弹丸速度、弹丸直径和弹丸入射角对AZ91D镁合金表面残余应力场的影响,并通过喷丸强化AZ91D镁合金的实验与有限元模拟结果进行对比。结果增大弹丸速度对残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值提高效果明显,但对残余压应力峰值的深度影响不大;增加弹丸直径,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值及其深度均有明显提高;增大入射角,残余压应力层的厚度、残余压应力的峰值有明显提高,但是残余压应力峰值的深度基本不变。有限元模拟结果中,残余压应力层的厚度比实验值小7%,残余压应力的峰值比实验值大5%,残余压应力峰值的深度比实验值小11%。结论残余应力的实验结果与有限元模拟结果具有较好的一致性,模型合理。     

7050高强铝合金锻件残余应力分析

本研究利用X射线衍射法对固溶处理后的7050高强铝合金锻件的外表面及内部残余应力进行了系统分析。结果表明：7050高强铝合金锻件经过固溶处理后,锻件内部的残余应力主要受锻件几何因素的影响,在锻件对称性较好的正面,外表面和沿筋部厚度方向,残余应力基本呈现出对称分布规律,而且均为压应力状态;相对于层剥法及测试过程的外表面处理,由于7050高强铝合金外表面的局部变形不均匀而导致的晶粒不均或者局部形变织构,对残余应力的测量结果影响更大。     

超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究

目的探究超声滚压强化技术对7075铝合金工件表面性能的影响。方法对7075铝合金棒状试样精车加工后进行了超声滚压强化处理。综合使用粗糙度测量仪、表面显微硬度仪、金相显微镜以及X射线衍射应力分析仪,研究了处理前后工艺参数中的压下量对试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面微观组织及表面残余应力等表面性能的影响。结果超声滚压强化处理后,试样表面粗糙度由0.976μm降低至0.047μm,表面显微硬度由105.6HV0.2提高至119HV0.2,显微硬度提高了15%。精车加工后,精车试样的表层组织与心部组织几乎无变化。超声滚压强化后,相对心部组织而言,表层晶粒组织得到显著细化,表层均为残余压应力,压应力深度为1.75 mm。残余压应力最大值位于最表层,最大为-174.0 MPa,且距离最表层越远,残余压应力总体呈减小趋势。结论通过对比研究精车试样与超声滚压试样,发现超声滚压强化工艺可以大大地降低试样表面粗糙度,显著地细化表层试样晶粒与提高表面硬度,改善残余应力的分布,并引入一定深度的残余压应力。     

基于位错密度理论的喷丸强化诱导7050铝合金组织细化数值模拟

7050铝合金喷丸过程中微观组织演变机理及纳米化结构与工艺参数的关系还没有得到广泛研究。基于位错密度理论对喷丸强化诱导7050铝合金表层晶粒细化进行研究。利用有限元方法模拟7050铝合金受单个和多个喷丸冲击过程,建立将喷丸强化的有限元模型与累积塑性应变引起的位错密度演化模型相结合的混合数值模型,并利用遗传算法得到混合模型的数值参数,用以预测喷丸强化层的位错密度和晶粒尺寸梯度分布,为研究喷丸强化7050铝合金的组织结构强化机理提供依据。建立喷丸尺寸、速度和覆盖率等工艺参数与强化层内晶粒细化结构的物理联系和数量关系。结果表明,从单个喷丸冲击到大量随机喷丸冲击过程都会在强化层内产生显著的晶粒细化;强化层内位错密度增加、晶粒细化的程度以及强化影响深度随着喷丸覆盖率、速度、尺寸的增加而增加;较高的喷丸覆盖率和强度可生成纳米级晶粒结构表面层。综合运用JC本构有限元模拟、四阶五级RKF算法解方程、遗传算法优化调参、概率约束方法控制随机喷丸以及VUMAT子程序定义本构关系,实现7050铝合金喷丸强化微宏观联系的定量研究,可为设计7050铝合金喷丸工艺参数获得所需纳米结构提供理论依据。     

Influence of Ultrasonic Rolling on Corrosion Resistance of 7075 Aluminum AlloyEI北大核心CSCD

表面纳米化处理是一种有效改善耐腐蚀性能的手段,但受表面粗糙度和残余应力等因素的影响,其相关机制并不清晰。 运用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)研究经超声表面滚压工艺(USRP)处理后 7075 铝合金的组织和性能。结果表明： 经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后,7075 铝合金表面粗糙度减小并且引入了残余压应力。滚压 15 个道次的试样表面能获得平均晶粒尺寸为 52 nm 的纳米晶。相较于未处理试样,经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后试样的耐腐蚀性能均显著提高。其中, 滚压 15 个道次试样的耐腐蚀性能提升更为显著。这主要是因为纳米晶可以使材料表面形成更加致密的钝化膜,导致其耐腐蚀性能显著提高,而表面粗糙度降低和引入残余压应力是提升耐腐蚀性能的次要因素。对比分析残余应力、表面粗糙度和表面纳米晶对 7075 铝合金耐腐蚀性能的影响,揭示了 7075 铝合金经表面纳米化处理后耐腐蚀性能提升的机制。