孔挤压强化对7050铝合金孔结构疲劳性能的影响

为了探究不同相对挤压量的开缝芯棒孔挤压强化对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了开缝芯棒孔挤压强化有限元模型,开展了开缝芯棒孔挤压强化试验,分析了孔挤压强化试样孔壁残余应力和受载试样孔壁应力分布规律,探究了相对挤压量、残余应力和疲劳寿命之间的关系,揭示了开缝芯棒孔挤压强化工艺的抗疲劳增益效果。研究结果表明：试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大残余压应力为246.8、338.6和367.7 MPa,相对挤压量与孔壁最大残余压应力呈正相关;受载试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大应力为451.2、368.7和321.6 MPa,相对挤压量与孔壁最大应力呈负相关;相对挤压量为2%、3%和4%的试样中值疲劳寿命是相对挤压量为0的1.17、1.52和1.71倍。     

孔挤压强化对Inconel 718高温合金疲劳性能的影响

为了提高Inconel 718高温合金螺栓连接孔的疲劳抗力,研究了孔挤压强化对Inconel 718高温合金中心孔试样疲劳寿命的影响,并采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线应力测量仪及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨了孔挤压强化机制。结果表明:1.90%挤压过盈量的中心孔试样的中值疲劳寿命是未强化试样中值疲劳寿命的1.16~4.79倍。与2.85%挤压过盈量的试样相比,1.90%挤压过盈量试样取得了更优的疲劳寿命增益效果。分析发现:经1.90%挤压过盈量的孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善,孔壁表面粗糙度下降了64.2%,孔边形成了较深的残余压应力场,孔边晶粒组织发生了明显的塑性变形,形成了组织强化层。表面完整性的改善对疲劳寿命的增益具有重要作用。     

光整滚光和开缝衬套挤压孔结构 表面完整性及疲劳行为研究

目的 澄清光整滚光和开缝衬套挤压孔结构疲劳行为和强化机制的区别。方法 采用传统钻-铰、光整滚光、开缝衬套挤压等三种不同工艺,制备TA15钛合金含ø8.75中心圆孔疲劳试样,通过恒幅拉-拉对比疲劳试验和疲劳数据统计分析方法,评价不同工艺制备孔结构的抗疲劳性能。采用体式显微镜观察孔端和孔壁形貌,用触针式表面粗糙度轮廓仪测试孔壁表面粗糙度,用X射线衍射应力测定法测定孔端表面残余应力,用透射电子显微镜观察孔壁材料微观结构,用显微硬度计测定孔壁显微硬度点阵等技术和方法,分析了不同工艺制备孔结构表面完整性。通过扫描电子显微镜标定疲劳断口辉纹平均间距与裂纹长度,用数码长焦显微镜标定孔端表面裂纹长度与疲劳循环周次的关系,并定量分析了不同工艺制备的孔结构疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率。结果 光整滚光和挤压强化分别提高连接孔中值疲劳寿命63%和317%。光整滚光可降低孔壁表面粗糙度Ra至0.52 μm,但改变孔壁附近残余应力状态能力有限,且会在孔端形成尖锐的材料凸瘤;挤压强化后,孔壁表面粗糙度Ra为0.73 μm,在孔壁引入4 mm深、峰值达-500 MPa的残余压应力区,并大幅提高孔壁材料位错密度,且孔端无材料凸瘤产生。结论 光整滚光提高孔结构疲劳寿命的主要机制是,通过降低孔壁表面粗糙度延长裂纹萌生寿命。挤压强化主要机制是,通过引入大深度、高幅值的残余压应力和改善材料微观结构延长裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。因此,挤压强化优于光整滚光技术。考虑到实际机械结构中多为叠层特征孔结构,挤压强化因为不会在孔端遗留材料凸瘤,更有利于保证夹层间隙安装要求。     

孔挤压强化技术研究进展

概述了直接、间接和复合孔挤压强化的研究现状,从残余应力与微观组织的角度总结了孔挤压强化的抗疲劳强化机理,基于孔结构的疲劳寿命和断口形貌详细分析了孔挤压强化的疲劳性能。研究结果表明,孔挤压强化的孔结构孔壁形成残余压应力,孔结构受到外加交变载荷时孔壁残余压应力能够抵消部分外加交变载荷产生的拉应力,降低了受载孔结构孔壁的应力峰值和平均应力;孔挤压强化的孔结构孔壁发生剧烈的塑性变形,孔壁微观组织发生细化,形成位错胞状结构,能够抑制晶粒的位错滑移,延缓了疲劳裂纹萌生,增大了疲劳裂纹萌生的门槛值,降低了疲劳裂纹扩展速率;在残余应力和微观组织的共同作用下,提高了孔挤压强化孔结构的疲劳寿命。最后,展望了孔挤压强化的发展趋势和研究问题。     

面向Ti-6Al-4V合金的开缝芯棒孔挤压强化次数研究

为了探究挤压强化次数对开缝芯棒性能的影响，实现孔挤压强化工具的可重复使用，分析了开缝芯棒孔挤压强化工艺，开展了开缝芯棒20次孔挤压强化Ti-6Al-4V合金试验，研究了挤压强化次数对开缝芯棒孔挤压强化效果的影响。结果表明，开缝芯棒20次孔挤压强化过程中，挤压力、工作环直径和孔结构孔径波动平缓，未发生显著变化；开缝芯棒的挤压部位存在划痕，工作环直径与孔结构孔径的变化在加工误差范围内；开缝芯棒的划痕对Ti-6Al-4V合金孔结构挤压强化效果影响不大，开缝芯棒孔挤压强化能够实现孔挤压强化工具的重复使用。     

挤压变形量对铝合金钉孔试样疲劳性能的影响

采用冷挤压强化工艺对2×××铝合金钉孔试样进行不同挤压变形量的强化试验和疲劳验证试验,研究了合金孔挤压强化挤压变形量、残余应力和疲劳寿命三者之间的内在关系,并分析不同挤压变形量下疲劳断口形貌特征的差异性。结果表明,挤压后孔周向残余应力分布较不均匀、形成残余压应力强化层,可以延缓裂纹的萌生和扩展,有效提高试样的疲劳寿命。随着挤压变形量的增加,最大残余应力和疲劳寿命都随之增加,但是当挤压变形量超过最佳强化范围时,在疲劳应力作用下,强烈变形区域即强化层产生应力集中现象,导致微裂纹的产生,使试样的疲劳寿命并不随着最大残余应力继续增加而增加。采用4%挤压变形量可达到最佳强化效果,其安全疲劳寿命是未强化的3.38倍。     

AM50镁合金孔挤压强化对其疲劳性能的影响

目的研究孔挤压处理对AM50镁合金疲劳性能的影响。方法对AM50镁合金进行孔挤压强化处理,使试样表面产生有益的残余压应力分布,并对残余应力的分布进行测定。对未处理镁合金及孔挤压镁合金进行疲劳性能测试,对比疲劳寿命及疲劳裂纹扩展速率,对疲劳断口进行扫描,分析孔挤压对AM50镁合金疲劳性能的影响。结果孔挤压处理后,孔周围残余压应力深度达到5.5 mm,且最大压应力值达-563 MPa,试样的疲劳寿命较未处理时增加了9倍,疲劳裂纹扩展速率大大降低,疲劳裂纹源由未处理时的孔表面转移到了挤压强化层内部。结论孔挤压可以明显抑制疲劳裂纹的萌生,延长疲劳寿命。     

Effect of Cold Expansion on High Cycle Fatigue of 7A85 Aluminum Alloy Straight Lugs

提出采用孔挤压方法来提高7A85铝合金直耳片的高周疲劳性能。孔挤压后耳片孔壁的显微组织、显微硬度和残余应力的测试结果表明孔挤压后孔壁处形成了大约150 μm 的塑性变形层。塑性变形层内,显微硬度较高,存在残余压应力,且晶粒在平行于挤压棒运动方向上被拉长,垂直于挤压棒运动方向上被压缩。高周疲劳测试结果表明,孔挤压后的耳片疲劳寿命和疲劳强度均得到了较大的提高。通过对比孔挤压与未孔挤压耳片的疲劳源区和裂纹扩展形貌,分析了孔挤压提高7A85铝合金耳片疲劳性能的内在机理     

孔挤压对7A85铝合金直耳片高周疲劳性能的影响（英文）

提出采用孔挤压方法来提高7A85铝合金直耳片的高周疲劳性能。孔挤压后耳片孔壁的显微组织、显微硬度和残余应力的测试结果表明孔挤压后孔壁处形成了大约150μm的塑性变形层。塑性变形层内,显微硬度较高,存在残余压应力,且晶粒在平行于挤压棒运动方向上被拉长,垂直于挤压棒运动方向上被压缩。高周疲劳测试结果表明,孔挤压后的耳片疲劳寿命和疲劳强度均得到了较大的提高。通过对比孔挤压与未孔挤压耳片的疲劳源区和裂纹扩展形貌,分析了孔挤压提高7A85铝合金耳片疲劳性能的内在机理。     

孔挤压对7050合金耳片组织及疲劳性能的影响

采用芯棒直接挤压的方法对不同尺寸的7050-T7451铝合金斜耳片进行孔挤压强化,并采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和疲劳试验等研究孔挤压前后耳片的组织和疲劳性能.结果表明:经孔挤压强化后7050-T7451铝合金斜耳片的显微组织产生了大量的高密度位错,并缠结成位错胞状结构,其疲劳性能也得到了显著地提高,尤其对小尺寸...     

激光冲击强化对7050铝合金小孔结构残余应力和疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化对7050 T7451铝合金小孔结构显微硬度、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:当激光能量为30 J、光斑直径ø4 mm,冲击2次时,7050 T7451铝合金显微硬度显著提高,表层硬度相对于母材提高约12%且硬化层深度可达1 mm;残余压应力幅值超过300 MPa,影响深度可达约1 mm,明显大于喷丸强化残余应力影响层深度。激光冲击诱导的残余压应力可提高疲劳裂纹的萌生抗力,其较深的残余压应力层则有利于延长裂纹的扩展寿命。激光冲击强化后小孔结构疲劳寿命相对于母材提高了4.7~17.6倍,且其疲劳寿命增益及稳定性明显优于喷丸强化。     

铝合金紧固孔复合强化工艺研究

目的研究激光喷丸-冷挤压复合强化工艺对7050铝合金紧固孔疲劳源、疲劳寿命的影响。方法利用ABAQUS软件进行复合强化工艺的有限元仿真,并在强化后施加循环载荷获得残余应力数据,然后在应力水平为195 MPa、应力比为0.1的条件下进行疲劳实验,并把仿真和疲劳实验的结果与激光喷丸、冷挤压进行对比。结果复合强化工艺能同时对表面和孔壁进行强化,复合强化工艺比激光喷丸表面和孔壁的残余压应力大,循环载荷下两者残余应力的差异减小。冷挤压工艺表面全部是拉应力,循环载荷下挤出面孔角附近的残余应力由-928 MPa变为300 MPa。未处理紧固孔的疲劳源位于孔角处,激光冲击强化紧固孔的疲劳源位于中间孔壁处,冷挤压紧固孔的疲劳源位于挤出面孔角附近,复合强化紧固孔的疲劳源位于中间孔壁处,复合强化紧固孔的疲劳裂纹扩展区面积最大。未处理、激光喷丸、冷挤压、复合强化的紧固孔的疲劳寿命分别为65 918、165 117、114494、225 209。结论与未处理的紧固孔的疲劳寿命相比,激光喷丸、冷挤压、复合强化的紧固孔的疲劳寿命都有所增加,复合强化的紧固孔的疲劳寿命最大,复合强化能够进一步提高紧固孔的疲劳寿命。激光喷丸和复合强化诱导的残余压应力层能够抑制疲劳裂纹萌生于表面,而冷挤压工艺则不能。     

超声冲击强化铝合金小孔构件的试验研究

目的提升铝合金小孔构件的疲劳寿命,改善表面性能。方法采用超声冲击强化工艺对铝合金小孔构件进行试验研究,利用MHV2000显微硬度测量仪、XRD射线应力测定仪、疲劳试验机分别测量试件的显微硬度、残余应力、疲劳寿命。利用扫描电镜拍摄试件强化加工前后的显微照片。针对不同阻抗阈值条件,考察主要工艺参数对小孔构件强化效果的影响。结果研究表明,采用基于等效阻抗控制的超声冲击强化工艺,阻抗阈值设定为75Ω时,孔边的平均残余应力值出现极大值,距离孔壁的残余应力分布呈现先增大后减小的规律。孔壁的显微硬度趋势保持一致,阻抗阈值越大时,其平均值也越大。微观组织反映孔被强化后的痕迹,被强化试件疲劳断口齐整,组织均匀,有明显被压实的现象。结论超声冲击强化工艺适合小孔构件强化,疲劳寿命最大提高3.1倍,孔口表面形成了有效的残余压应力场,孔内表面显微硬度提高了1倍。     

铝合金焊接接头冲击强化的性能

为了提高铝合金焊接接头的力学性能,试验分别采用超声波和调Q脉冲YAG激光对A6061-T6铝合金焊接接头焊趾附近处进行冲击强化,研究了超声波和激光冲击强化下铝合金焊接接头的性能.两种冲击强化模式下,铝合金焊接接头焊趾处近表面均发生了冲击强化效果,并产生了较大的残余压应力,超声波和激光冲击强化后产生的最大残余压应力分别为 -158 MPa和 -145 MPa左右.超声波与激光冲击强化铝合金焊接接头的疲劳寿命差别不大,均比焊态下试样的疲劳寿命提高1倍以上.两种冲击强化方法的疲劳试验样件断裂位置均发生在基体金属上,而焊趾处没有疲劳裂纹产生.     

铝锂合金压铆壁板残余应力与疲劳性能分析

自动压铆是航空制造工业中的重要装配技术,压铆过程结束后铆孔周围产生的残余应力的分布形式与压铆结构的疲劳性能息息相关。本文使用ABAQUS软件建立了2060-T8铝锂合金壁板压铆过程的有限元模型,通过有限元分析发现了压铆后铆孔壁面上的残余应力由靠近镦头处到靠近钉头处逐渐降低的分布规律。随着压铆力由28.5kN增大至46kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板孔壁平均残余应力提高33%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升180%;铆钉材料为7050-T73的压铆壁板孔壁平均残余应力提高58%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升184%。疲劳裂纹萌生于铆接下板孔壁附近,随着压铆力由32.5kN增大至42kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升了31%~80%,铆钉材料为7050-T73的压铆壁板疲劳寿命提升6%~161%。相比于铆钉材料为7050-T73的压铆壁板,相同工艺条件下铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升12%~44%。     

DZ125定向凝固合金的喷丸工艺

针对DZ125合金开展铸钢丸喷丸强化研究,分析了多种喷丸强度、覆盖率条件下合金700℃旋弯疲劳性能、表面残余应力和硬度梯度.结果表明:随喷丸强度的增大,中值疲劳寿命估计量逐渐增大,高喷丸强度时,700℃/500 MPa中值疲劳寿命估计量是原始试样的2倍;随表面覆盖率的增大,中值疲劳寿命估计量呈现先增大后稳定的趋势,当覆...     

激光冲击强化对2524铝合金疲劳寿命的影响

目的探索激光冲击工艺参数对2524铝合金疲劳寿命的影响。方法开展不同激光能量、不同冲击次数下的激光冲击强化实验,测试其残余应力和表面硬度,并进行裂纹扩展实验和显微组织观察。结果激光冲击强化能显著提高材料的表面硬度,且材料的硬度值随着冲击能量和冲击次数的增加而递增,但硬度增长率随冲击次数增多而降低。激光冲击强化在试样表层形成较大的残余压应力,使用6.25 J的激光能量冲击1次,最大残余压应力可达-222MPa,并且残余压应力随着激光能量和冲击次数增加而增加,但冲击强化次数存在阈值。相较于未冲击试样,激光冲击1次的试样的疲劳寿命提升32%,冲击2次的疲劳寿命提升41%。对试样断口进行微观形貌观察,在裂纹长度为28 mm处,未冲击试样、激光冲击1次和冲击2次试样的疲劳条带间距分别为1.06、0.628、0.488μm,裂纹扩展速率分别为1.06×10^-3、6.28×10^-4、4.88×10^-4 mm/N。结论激光冲击强化能显著提高2524铝合金的表面硬度,并在表面产生较大的残余压应力。激光冲击强化能够有效迟滞2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率,进而有效延长疲劳寿命。     

7050铝合金二维超声滚压加工残余应力场研究

目的研究二维超声滚压后7050铝合金残余应力场的形成过程和表层残余应力的分布规律。方法利用有限元软件模拟二维超声滚压加工,分析残余应力场的形成过程及表层残余应力的分布规律;采用正交试验方法进行7050铝合金二维超声滚压加工试验,研究工艺参数对表面残余应力的影响规律,并与有限元分析结果相对比,验证有限元模拟的合理性。结果在二维超声滚压加工过程中,7050铝合金表层材料应力随时间先减小后增大,最后趋于稳定,形成残余应力。残余压应力沿滚压深度方向先增大后减小,再转化为残余拉应力。残余压应力层厚度约为1.05 mm,最大残余压应力值约为285 MPa。在相同的工艺参数下,有限元分析结果与试验结果基本吻合。静压力对表面残余应力的形成影响最大,表面残余压应力随静压力的增大而增大。结论二维超声滚压加工使7050铝合金表面发生剧烈的塑性变形,并形成一定深度的残余压应力。铝合金表面残余压应力随静压力的增大而增大,而与转速和进给量无关。     

开缝衬套冷挤压强化技术研究进展

开缝衬套冷挤压是一种连接孔强化技术,能够有效地提高连接孔的疲劳寿命,具有不增加质量、不改变结构、强化效果好等优点。介绍了开缝衬套冷挤压技术的基本原理,阐述了我国尚待解决的开缝衬套材料研制、开缝衬套制备技术、疲劳增益调控3项关键技术问题,并从残余应力和疲劳寿命等方面,对近些年来国内外的相关研究进行了梳理、总结,归纳了现有文献中挤压量等重要工艺参数对不同材料的影响效果,并基于目前研究的不足之处,提出接下来可关注的研究方向,为进一步开展开缝衬套冷挤压技术的研究提供了参考。