超声滚压工艺对镍基单晶高温合金DD6表面完整性和疲劳寿命的影响

目的 改善长期服役于高温高压环境的镍基单晶高温合金DD6材料的表面完整性,提高其使用寿命。方法 采用超声滚压表面强化工艺(Ultrasonic Rolling Process,USRP)对镍基单晶高温合金DD6试样进行表面强化,用正交试验法对三因素三水平的试样组进行试验,使用三维形貌仪、显微硬度仪、XRD射线衍射仪和MTS万能疲劳试验机探究静压力、进给速度和加工遍数等超声滚压参数对镍基单晶合金表面完整性和疲劳寿命的影响规律。结果 对于镍基单晶材料,超声滚压强化工艺能有效降低其表面粗糙度,提高表面显微硬度,并在材料内部引入一定的残余应力,并提升疲劳寿命。经USRP处理后,不同晶体取向的材料能够取得的最佳表面增益效果为,表面硬度从465HV提高到679.2HV,表面粗糙度从0.703 μm降低至0.253 μm,表面引入了约为782 MPa的残余压应力。不同晶向材料的疲劳寿命提升表现为,应力水平为742.4 MPa时,疲劳寿命提升1.3倍;应力水平为649.6 MPa时,疲劳寿命提升1.5倍。结论 超声滚压工艺能够有效降低DD6材料的表面粗糙度、提高表面显微硬度,并在表面引入一定的残余应力,疲劳断裂模式主要为沿{110}面的滑移断裂。在低于742.4 MPa的应力加载时,超声滚压强化可以明显提高DD6材料在高温下的疲劳寿命。     

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。     

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。     

超声表面滚压改善45#钢表层特性及疲劳性能的研究

目的研究超声表面滚压处理(Ultrasonic Surface Rolling Process,USRP)对45#钢表层特性及疲劳性能的影响。方法利用超声表面滚压设备处理45#钢,观察分析处理前后试样的表层特征、状态、微观结构,采用旋转弯曲疲劳试验研究试样疲劳性能,通过升降法测取疲劳极限值。结果 USRP处理后,试样表面形貌显著改善,表面粗糙度由之前的3.2μm降低到0.23μm,显微组织细化,晶粒取向趋于随机分布,表层显微硬度相比心部提高56%左右,强化层厚度可达400μm,残余压应力由-180 MPa提高到-532 MPa,疲劳极限值由296 MPa提高到403 MPa。结论通过USRP处理,试样的表层特性及表面性能得到强化改善。疲劳性能的提高主要归因于USRP处理使材料表面粗糙度降低,晶粒细化,显微硬度与残余压应力提高。     

超声滚压参数对18CrNiMo7-6齿轮钢表面性能的影响

目的研究在不同加工参数下,对18CrNiMo7-6齿轮钢进行超声滚压加工后表层质量的变化,并得出其显著性顺序。建立表面粗糙度的解析模型,研究进给量、滚压次数和初始表面粗糙度对表面质量的影响,并与试验结果作对比。方法采用车刀将固定在车床卡盘上的18CrNiMo7-6齿轮钢棒状材料的端面进行精车后,采用超声滚压试验装置对精车后端面进行加工处理。采用三维形貌测量仪等专用设备,对加工完成后的试样表面表面粗糙度、表层显微硬度、表面二维形貌和表层残余应力等进行检测,然后利用正交试验,寻找对试样表面粗糙度影响的显著性因素,建立表面粗糙度的解析模型,对比试验数据和解析模型数据,研究超声滚压对表面粗糙度、表面二维形貌、表层显微硬度和表层残余应力的影响。结果得到的显著性顺序为进给量、主轴转速、次数、振幅、静压力,并且前述给出的粗糙度解析模型可以较好地预测超声滚压后的表面粗糙度,计算得到的理论数据与试验数据较为接近。试样表面的粗糙度Ra由车削加工的3.003μm减小为0.468μm,齿轮钢表层形成了明显的加工硬化层,其深度约为260μm;表层显微硬度从未处理的360.9HV升至417.6HV,比率为15.7%;表层内形成了勺形分布的残余应力,在距离表层60μm处,最大残余压应力形成,为–790.97 MPa,残余压应力层深度达到了800μm。结论超声滚压加工可以显著提高18CrNiMo7-6齿轮钢试样的表面性能,其中以滚压进给量的影响最为显著。     

超声滚压对LZ50钢疲劳性能及短裂纹行为的影响EI北大核心CSCD

针对超声滚压(USRP)对材料短裂纹行为影响规律不明的问题,对LZ50钢开展USRP试验,对比分析USRP对材料表面形貌、表层显微组织、表层显微硬度、残余应力分布和疲劳寿命的影响,并在340MPa应力水平下开展旋转弯曲复型试验,研究USRP对疲劳短裂纹萌生和扩展的影响。结果表明:USRP能使材料表面发生塑性变形,有效改善材料表面状态,降低表面粗糙度;处理后的LZ50钢表层铁素体、珠光体组织显微硬度平均值分别从200 HV和240 HV提升至304 HV和357 HV,表层残余压应力从-103 MPa提升至-720 MPa,且表层显微硬度和残余压应力沿深度方向呈梯度分布,影响层深约为300μm。在340MPa应力水平下,USRP试样平均疲劳寿命提升385.54%,疲劳短裂纹突破晶界障碍、珠光体带状组织,出现第一、第二次显著降速时的平均寿命分数f分别从0.068和0.469延后至0.172和0.604,短裂纹的萌生和扩展得到明显抑制与延缓。研究结果有助于明确USRP在抑制材料疲劳裂纹萌生与扩展上发挥的积极作用,可为工程材料表面强化工艺的选择提供参考。     

大螺距异型螺纹牙根的微滚压强化技术

结合钻杆接头螺纹的服役工况,针对大螺距异型螺纹,利用普通数控车床和专门制作的滚压装置微量滚压螺纹根部。结果表明,合适的滚压工艺参数能够提高牙根表面硬度(57 HV0.5),表面粗糙度数值降低1个等级,显微组织出现了纤维致密层,金属表层得到强化,钻杆接头螺纹的疲劳寿命有待提高。     

超声振动滚压加工参数对TC4钛合金表面质量的影响

通过超声振动滚压加工正交试验,研究主轴转速、进给速度、静压力和加工次数对TC4钛合金表面质量的影响,并将材料的表面粗糙度、显微硬度及残余应力作为其表面质量的评价指标。试验结果表明:超声振动滚压加工工艺能降低TC4钛合金表面粗糙度,大幅度提高显微硬度,在表面引入残余压应力;合适的主轴转速、进给速度及加工次数使表面粗糙度达到最佳效果,一定范围内,表面粗糙度随着静压力的增大而减小;主轴转速对材料表面显微硬度影响较小,显微硬度随着进给速度的增大而减小,随着静压力及加工次数的增大而增大;主轴转速对材料表面残余应力有无规律的影响,材料表面的残余应力值随着进给速度的增大而减小,随着静压力及加工次数的增大而增大。     

AerMet100钢喷丸强化前后表面完整性及疲劳性能分析

目的 提高AerMet100钢的疲劳寿命,研究喷丸对其表面完整性和疲劳性能的影响。方法 通过表面完整性测试,分析喷丸对其表面形貌、粗糙度、晶粒度、硬度、残余应力和显微组织的影响。开展疲劳试验,观察疲劳断口形貌,分析喷丸对其疲劳性能的影响。结果 喷丸后,试样表面产生明显塑性变形,粗糙度有所增加,晶粒得到细化,硬度增大,形成约140 μm的残余压应力层;此外,形成了交错的马氏体板条,强化层内位错增多,产生细化的马氏体板条以及孪晶。疲劳试验中,未喷丸试样寿命均值为163 566周次,喷丸试样寿命均值为209 552周次,平均增幅达28.1%。喷丸试样断口分布有多个裂纹源,裂纹扩展路径曲折,在断口边缘形成了凹凸不平的台阶,消耗了更多的能量。试样强化层内的裂纹扩展区总体形貌较为无序和杂乱,疲劳条带较未喷丸试样更为细密,表明其裂纹扩展速度较慢。结论 喷丸后,AerMet100钢的疲劳抗力增加,疲劳寿命显著提高。     

表面超声滚压工艺参数对EA4T车轴表面性能的影响

采用表面超声滚压技术对EA4T车轴表面进行强化处理;利用正交试验法对表面超声滚压工艺参数进行优化。采用粗糙度仪、显微硬度计和残余应力测试仪分别测量车轴表层处的粗糙度、显微硬度和残余应力;并用扫描电镜观察截面的微观组织。结果表明:表面超声滚压可降低EA4T车轴表面粗糙度,获得较高的表面残余压应力,提高车轴表面硬度,并使表层晶粒细化。通过正交试验得出,对粗糙度、表层硬度、硬化层深度和表面残余应力影响最显著的因素分别为进给量、主轴转速、滚压力和主轴转速。本试验条件下选出的最佳工艺参数为主轴转速10 r/min、进给量0.10mm/r、滚压力300 kg。     

超声表面滚压加工对20CrMoH钢摩擦磨损性能的影响

目的 提高20CrMoH钢的耐磨性能.方法 设置不同的超声滚压力(700、1000、1300 N)与次数(3、6次),对20CrMoH钢进行超声表面滚压加工.采用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪、光学显微镜、显微硬度测量仪、X射线应力分析仪、端面型滑动磨损试验机和3D形貌仪等设备,分别对加工前后试样的表面形貌、粗糙度、金相...     

喷丸强化后30CrMnSiNi2A钢表面完整性对其抗疲劳性能的影响*

采用气动式喷丸机对铣削加工和磨削加工的30CrMnSiNi2A钢疲劳试样进行喷丸强化处理,利用扫描电镜、表面粗糙度仪和X射线应力测试仪分别对试样的表面形貌、粗糙度和残余应力进行测试,并对不同表面状态的试样进行疲劳试验,分析表面完整性对其疲劳寿命的影响。结果表明:该钢铣削加工时易在表面留下撕裂、鳞刺和折皱等加工缺陷,导致严重的应力集中,试样疲劳寿命较低;喷丸强化处理能有效降低铣削加工试样的表面粗糙度,增加残余压应力水平,从而提高了其疲劳寿命。磨削试样喷丸处理后试样表面残余应力增大,但表面质量大幅下降,疲劳寿命略有降低。     

磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响

为研究后混合磨料水射流喷丸对渗碳后GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响规律,利用X射线应力衍射仪、粗糙度仪、显微硬度仪、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析了水射流喷丸强化对试样表面残余应力场、粗糙度、硬度、形貌、组织的变化规律,并用升降法测定了抛光及抛光+水喷丸两种状态下渗碳GDL-1钢拉压疲劳性能。结果表明:试样经水喷丸处理后,表面粗糙度有所增加,并且有磨料撞击形成的小凹坑及在表面残留有玻璃磨料,但同时表层脱碳层大部分被去除,硬度得到显著提升、残留奥氏体含量降低,晶粒得到细化,并且在表面形成一定深度的残余压应力层。经水喷丸处理的试样,其较未经水喷丸的疲劳极限提高了19%,且疲劳源全部在远离表面接近1/2R位置形成,这说明水射流喷丸在表层产生的高残余压应力和晶粒细化可以显著提高渗碳钢的疲劳性能。     

Surface Integrity of Inconel 718 by Ball Burnishing

Inconel 718 has wide applications in manufacturing mechanical components such as turbine blades, turbocharger rotors, and nuclear reactors. Since these components are subject to harsh environments such as high temperature, pressure, and corrosion, it is critical to improve the functionality to prevent catastrophic failure due to fatigue or corrosion. Ball burnishing as a low plastic deformation process is a promising technique to enhance surface integrity for increasing component fatigue and corrosion resistance in service. This study focuses on the experimental study on surface integrity of burnished Inconel 718. The effects of burnishing ball size and pressure on surface integrity factors such as surface topography, roughness, and hardness are investigated. The burnished surfaces are smoother than the as-machined ones. Surface hardness after burnishing is higher than the as-machined surfaces, but become stable over a certain burnishing pressure. There exists an optimal process space of ball sized and burnishing pressure for surface finish. In addition, surface hardness after burnishing is higher than the as-machined surfaces, which is confirmed by statistical analysis.     

表面超声滚压处理工艺对高速列车车轴钢表面状态的影响

为提高高速列车车轴钢的疲劳性能,对车轴钢EA4T进行了表面超声滚压处理(SURP)。综合运用了粗糙度测量仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射应力分析仪、显微硬度仪以及金相显微镜研究了表面超声滚压处理工艺参数中静压力和进给速度对高速列车车轴钢表面粗糙度、表面残余应力状态、表层显微硬度及微观组织的影响规律。结果表明:在试验参数范围内,静压力和进给速度越低,车轴钢的表面粗糙度越低;SURP后,试样表面轴向残余压应力得到大幅度提高,并且随着静压力的增加而增加,随着进给速度的增加而减小;表面硬度以及塑性变形层厚度随两参数的变化规律与残余应力的变化规律相似。     

喷丸对H13钢单边带缺口试样疲劳裂纹扩展行为的影响

喷丸工艺通过改变试件的表面形貌、微观组织及残余应力等表面完整性可以影响裂纹的萌生和扩展;对于存在缺陷的试件,喷丸的作用机制和影响结果有所不同。采用白光干涉仪、SEM、XRD及显微硬度计等对单边带缺口的H13钢薄板试样喷丸前后的表面完整性进行了测定。并借助原位SEM开展了系列裂纹扩展试验,分析了喷丸对试样疲劳寿命、裂纹扩展速率以及疲劳断口特征的影响。研究结果表明,虽然残余压应力诱发裂纹闭合,但由于喷丸后表面粗糙度的大幅提高增强了缺口效应,表面加工硬化使得韧性有所降低,以及残余应力在加载过程中发生松弛等因素,喷丸后单边带缺口试样的裂纹萌生过程缩短,疲劳寿命降低,且裂纹扩展速率的变化较小。喷丸前后疲劳断口形貌均为准解理特征,喷丸后断口近表面处的撕裂棱特征消失。     

超声滚压工艺研究

超声滚压工艺是一项复合超声冲击强化和滚压于一体的表面强化工艺,其优点是既能得到足够的压力层深度,又能得到较低的表面粗糙度值。研究了不同加工参数对弧高和表面粗糙度的影响,结果表明:步距、静压力和路径规划对弧高和表面粗糙度有着显著的影响,且发现残余压应力分布对于滚压方向敏感,滚压方向的残余压应力比其垂向的残余压应力小。Inconel 718材料经超声滚压强化后的表面粗糙度值可降低至Ra0.1μm,压力层深度可达0.5 mm,且具有较好的热稳定性。     

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。     

表面完整性对马氏体不锈钢疲劳性能的影响

研究了马氏体不锈钢表面喷丸强化后表面粗糙度，表面形貌，表面残余应力和表面层残余压应力场等表面完整性的变化及其对疲劳性能的影响，结果表明：马氏体不锈钢对表面粗糙度比较敏感，经喷丸强化后产生的残余压应力有利于提高疲劳寿命，且采用低喷丸强度时对疲劳性能更加有利。