自纳米化电工纯铁表面合金化改性研究

利用高能喷丸(high energy slaot peening,HESP)法在电工纯铁表面获得了一定厚度的纳米晶层;同时采用在喷丸弹丸中添加镍粉和铬粉的方法,实现了电工纯铁表面自纳米化-合金化改性.运用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射分析以及电化学测试系统等手段对自纳米化层以及合金化层的组织结构进行了表征,重点对其耐...     

Ni原子在纳米晶Fe中的扩散行为研究

采用高能喷丸法在工业纯铁表面制备一定厚度的纳米晶铁,在Gleeble-1500D型热模拟机上对纳米晶铁和常规粗晶铁扩散偶施加10MPa的恒定压力,在650~850℃进行Ni原子扩散实验,并利用能谱仪(EDS)对Ni原子的扩散距离和扩散浓度进行测定。计算结果表明,同样的扩散条件下,Ni原子在纳米晶铁中的扩散距离和扩散浓度均高于常规粗晶。650℃时,镍在纳米晶铁中的扩散系数为5.79×10-15 m2·s-1;850℃时,镍在纳米晶铁中的扩散系数为8.48×10-15 m2·s-1。     

镍在自纳米化纯铁表面的扩散系数研究

采用高能喷丸对工业纯铁棒材端面进行了表面自纳米化处理,在处理表面以下一定厚度内形成了纳米晶组织.采用自纳米化纯铁和未自纳米化纯铁端面对接中间夹Ni箔的方法,利用脉冲加压的方式在850℃实现了Ni向纯铁的扩散,用能谱仪(EDS)测试出扩散界面两侧一定范围内Ni原子的扩散浓度,计算了Ni原子在两侧纯铁表面扩散层中的扩散系数.结果表明.工业纯铁经表面自纳米化处理后,在短时间内明显提高了Ni原子的扩散系数.     

复合喷丸提高等轴状TC4钛合金的疲劳性能

首先对等轴状TC4钛合金疲劳试样表面进行了不同时间的高能喷丸,制备出一定深度的纳米表层,然后采用小尺寸弹丸进行表面损伤修复喷丸,提高纳米表层质量,最后对不同喷丸状态的试样进行了疲劳试验。结果表明:复合喷丸使等轴状TC4钛合金的疲劳强度相比未喷丸状态提高了34%,在单纯高能喷丸纳米化方法的基础上进一步提高了12%;高能喷丸在试样表面形成的损伤阻碍了表层纳米化提高疲劳强度的效果,通过修复喷丸可以修复部分高能喷丸损伤。     

喷丸强化对7050铝合金微观组织和耐磨性的影响

目前,有关增压喷丸对7050铝合金耐磨性能的影响研究鲜见报道。通过增压喷丸方式在7050铝合金表面制备纳米晶层;用X射线衍射仪、光学显微镜、透射电镜观察并分析了纳米晶层的组织结构,统计了晶粒尺寸大小和变形层的厚度;通过维式硬度计测量了样品喷丸前、后的显微硬度;采用钻盲孔法测试了残余应力的分布;在油润滑条件下对喷丸前、后样品进行了摩擦磨损试验,通过磨损失重和形貌对比分析了耐磨性能。结果表明:增压喷丸使7050铝合表面发生严重的塑性变形,变形层平均厚度约为140μm,表层纳米晶粒平均尺寸约为80 nm,硬度比基体提高了1.38倍,耐磨损性提高了1倍以上。试样表面经增压喷丸撞击产生的塑性变形引起的晶粒细化以及加工硬化现象的共同作用,是其显微硬度和耐磨性能提高的主要原因。     

工业纯铁自纳米化组织的EBSD分析

运用高能喷丸技术实现了工业纯铁表面自纳米化,利用电子背散射衍射（ElectronBackscatteredDiffraction,EBSD）对自纳米化组织的结构特征进行了分析,在此基础上探讨了工业纯铁自纳米化机理。结果表明,工业纯铁自纳米化组织由三个典型区域组成,分别含有大量残存住错,大角度晶界及大量小角度晶界。自纳米化组织含有再结晶织构和形变织构,但由于晶粒取向差不同,变形难易程度不同导致两种织构的比例不同。位错运动、晶粒取向差不同导致变形不同步及发生再结晶是工业纯铁表面自纳米化过程中晶粒细化的主要原因。     

高能喷丸对AZ31镁合金耐腐蚀性及硬度的影响

采用高能喷丸对AZ31镁合金棒材端面进行表面自纳米化处理,利用失重法研究了AZ31镁合金喷丸试样和未喷丸试样在中性5%NaCl溶液中的腐蚀行为。利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色谱仪(EDS)对塑性变形层腐蚀后的表面形貌、元素分布进行了表征,利用微观硬度计测试了由喷丸表面到基体的硬度变化。结果表明,喷完后AZ31镁合金试样的腐蚀速率明显大于未喷丸的试样,随着腐蚀时间的延长,喷丸试样的腐蚀率急剧减小,然后缓慢降低,在喷丸表面形成了1层厚度约150μm的塑性变形区,在喷丸表面有裂纹存在。晶粒细化显著提高了母材表面的微观硬度,喷丸表面的微观硬度最高达到135HV,是母材的2倍多。     

高能喷丸预处理对钛表面组织及生物活性微弧氧化层的影响

为了提高钛表面的生物活性,利用微弧氧化工艺分别在普通粗晶钛和表面高能喷丸细晶钛上制备了多孔TiO2氧化层。经光镜和透射电镜观察,喷丸钛表面形成厚度40μm,直径100～200nm的等轴晶结构层。利用扫描电镜(带能谱分析)和X射线衍射仪对氧化层表面形貌、成分和相组成进行分析。结果表明,高能喷丸钛的表面生成的氧化层中含有α-Ca3(PO4)2相且钙磷百分含量提高。在粗糙的高能喷丸钛表面,微弧氧化速度在不同位置有所不同,氧化层与基体形成微机械咬合,基层结合力提高。     

发动机用TC17合金喷丸+微弧氧化涂层组织和疲劳性分析北大核心CSCD

通过实验研究了TC17钛合金的喷丸处理效果,利用微弧氧化方法来达到纳米晶过渡层组织结构重构的过程。通过实验测试的方式研究不同工艺涂层微观组织,硬度以及疲劳性能。研究结果表明:形成许多火山型微孔,孔洞尺寸也存在明显差异。对合金实施喷丸处理能够获得厚度更大微弧氧化层,引起了晶粒的明显细化,得到更加致密的组织结构。经过喷丸处理后,硬度为463HV0.1,表现为硬度提高。对不同深度区域的组织硬度进行对比发现,从表面过渡到基体中的范围内硬度呈现不断减小的变化趋势。当试样表面经喷丸处理后疲劳寿命可以达到15361周次,相对处理前的试样疲劳寿命延长了15%左右。对试样表面实施喷丸处理将会导致表面组织中产生众多疲劳源并进一步迁移到基体内,疲劳源范围也持续缩小,涂层表面存在众多微孔。     

发动机用TC17合金喷丸+微弧氧化涂层组织和疲劳性分析

通过实验研究了TC17钛合金的喷丸处理效果,利用微弧氧化方法来达到纳米晶过渡层组织结构重构的过程。通过实验测试的方式研究不同工艺涂层微观组织,硬度以及疲劳性能。研究结果表明:形成许多火山型微孔,孔洞尺寸也存在明显差异。对合金实施喷丸处理能够获得厚度更大微弧氧化层,引起了晶粒的明显细化,得到更加致密的组织结构。经过喷丸处理后,硬度为463HV0.1,表现为硬度提高。对不同深度区域的组织硬度进行对比发现,从表面过渡到基体中的范围内硬度呈现不断减小的变化趋势。当试样表面经喷丸处理后疲劳寿命可以达到15361周次,相对处理前的试样疲劳寿命延长了15%左右。对试样表面实施喷丸处理将会导致表面组织中产生众多疲劳源并进一步迁移到基体内,疲劳源范围也持续缩小,涂层表面存在众多微孔。     

Effect of shot peening on fatigue performance of ductile iron castings

Abstract

Ductile iron is a commonly used structural material. However the unsatisfactory fatigue performance has limited its application for some dynamic loads. Shot peening is a mechanical surface modification process to extend the fatigue life of materials. Results of the influence of the shot peening treatment on ductile iron castings with as-cast surface and machined surface are presented. The results showed that shot peening ductile iron castings could double the fatigue life for an as-cast surface and quadruple the fatigue life for a machined surface. It is believed that shot peening affects fatigue life through the retardation of crack nucleation and growth as a result of the introduction of work hardening, the existence of compressive stresses on the surface layer, and the removal of the surface irregularities of the ductile iron castings.     

Effects of shot peening on fatigue properties of 0Cr13Ni8Mo2Al steel

Abstract

The influence of shot peening on the fatigue properties of 0Cr13Ni8Mo2Al steel has been studied. Changes in surface roughness, surface topography and residual compressive stress field were determined by experiments. The experimental results show that shot peening improves the fatigue property and the fatigue crack sources are pushed to the region beneath the hardened layer. Low Almen intensities should be used when 0Cr13Ni8Mo2Al steel is shot peened because of its sensitiveness to the surface roughness.     

喷丸强化对OCr13Ni8Mo2Al钢疲劳性能的影响

研究了表面喷丸强化后表面残余应力、表面粗糙度和表面层残余压应力场对0Cr13Ni8Mo2Al钢疲劳性能的影响.结果表明:0Cr13Ni8Mo2Al钢经喷丸强化后,在表面层残余压应力场的作用下疲劳裂纹源由表面被"驱赶"到表面强化层下,疲劳寿命得到显著提高.     

喷丸强化对0Cr13Ni8Mo2Al钢疲劳性能的影响

研究了表面喷丸强化后表面残余应力,表面粗糙度和表面层残余应力场对0Cr13Ni8Mo2Al钢疲劳性能的影响,结果表明：0Cr13Ni8Mo2Al钢经喷丸强化后,在表面层残余应力场的作用下疲劳裂纹源由表面被“驱赶”到表面强化层下,疲劳寿命得到显著提高。     

高能喷丸表层纳米化对纯钛旋转弯曲疲劳性能的影响

采用高能喷丸方法使工业纯钛疲劳试样的表层实现纳米化,并进行了疲劳试验。结果表明,高能喷丸后其表层组织发生严重塑性变形并实现组织纳米化,是提高弯曲疲劳寿命的主要原因。扫描电子显微镜分析发现,疲劳裂纹源的位置主要呈现为表层和次表层两种情况。在相同应力水平下,疲劳裂纹源在次表层时疲劳寿命较长,而疲劳裂纹源在表面时疲劳寿命很短,相应的疲劳试样的表面损伤也比较严重。     

先进喷丸表面改性技术研究进展

综述了先进喷丸表面改性技术研究现状及应用,阐述了微粒子喷丸、激光喷丸、超声/高能喷丸、高压水射流喷丸的基本原理,与传统喷丸对比发现,微粒子喷丸可提高材料的耐磨性,激光喷丸可精确控制定位,超声/高能喷丸可实现材料表面纳米化,高压水射流喷丸可承受半柔性冲击并减少应力集中.此外,对各种喷丸技术综合分析并进行对比,认为超声喷丸、复合喷丸(高能-微粒喷丸,激光-机械喷丸)综合性能最佳,并展望了未来应重点开展的工作.     

Effect of Shot Peening Parameters to Residual Stress Profiles and Barkhausen Noise

The production of gear components includes numerous manufacturing operations which are carried out to ensure proper surface characteristics of components to deal with wear and fatigue. Surface shot peening is one way to increase the compressive residual stresses on the surface and thus ensure better wear and fatigue resistance. An experimental plan for shot peening was conducted to produce samples with varying surface characteristics. Residual stress profile and Barkhausen noise measurements were carried out for the samples. The objective of the study was to evaluate the interactions between the shot peening parameters studied, the residual stress profiles and the Barkhausen noise measurements. A multivariable regression analysis was applied for the task. Some remarkable correlations were found between the shot peening parameters, residual stress profile and Barkhausen noise features. The most important finding was that when the shot peening intensity was high enough, over 0.5 mmA, it dominated the shot peening coverage density parameter and thus no correlations could be gained. On the other hand, if the intensity parameter was lower than the limit of 0.5 mmA, the correlation between residual stress and Barkhausen noise measurements was remarkable. This means that the surface Barkhausen noise measurements could be used for the evaluation of the stress gradient in the shot peening process.     

42CrMo曲轴钢喷丸强化有限元模拟

喷丸强化能够有效提高42CrMo曲轴钢的抗疲劳性能,且喷丸数值模拟是制定喷丸工艺方案、评估喷丸后工件表面疲劳抗力的主要理论工具。为了体现喷丸过程中的随机性,利用MATLAB软件提供的Rand随机函数产生弹丸的位置,建立随机喷丸模型,并在此模型基础上研究弹丸直径、弹丸材料、冲击速度以及覆盖率与残余应力间的分布规律,进一步讨论喷丸工艺对42CrMo曲轴钢表面粗糙度的影响。研究发现:随着弹丸直径以及速度的增大,残余应力增大,抗疲劳性能提高,但粗糙度也相应增大;随着覆盖率的增大,残余应力增大,表面残余应力分布更加均匀,稳定性提高;同时弹丸强度越高,残余应力越大。通过喷丸试验对随机多弹丸模型进行验证,为喷丸工艺的精确控制提供了科学依据和理论基础。     

Influence of surface integrity on fatigue strength of 40CrNi2Si2MoVA steel

Influence of surface integrity (including surface roughness, residual stresses, and microstructure in surface) on fatigue limit of 40CrNi2Si2MoVA steel specimens is investigated comprehensively in this work according to a systematic consideration. The surface integrity of specimens is changed due to several widely used manufacturing procedures: heat-treatment, grinding, electro-polishing, hard chromium plating and shot peening. In comparison with specimen electro-polished after grinding, the specimen without polishing has 10% lower fatigue limit due to higher surface roughness; while shot peening improves the fatigue limit for about 36% due to inducing of compressive residual stress field in the surface and transferring the fatigue crack source from surface to interior. The fatigue limit of specimen with decarburized layer after grinding is lower about 13%, but the shot peening can eliminate its detrimental effect. Hard chromium plating decreases the fatigue limit dramatically. The shot peening carried before plating can improve the fatigue limit of specimen and cause it to get to a level even higher than that of specimen without plating.