高能喷丸强化60CrMnBA弹簧钢残余应力和疲劳性能研究

利用气动式喷丸机对60CrMnBA弹簧钢进行喷丸强化处理,对喷丸强化前后试样小孔两侧残余应力分布进行测试,研究喷丸时间对60CrMnBA弹簧钢疲劳寿命的影响。结果表明,机械喷丸强化后,60CrMnBA弹簧钢表层分布高幅值残余压应力,显著降低了疲劳裂纹的扩展速率,疲劳寿命明显提高。     

喷丸处理对7A85-T7452铝合金锻件疲劳性能的影响

研究不同喷丸强度对7A85-T7452铝合金锻件高周疲劳性能的影响,对比喷丸处理前后1×10~7疲劳寿命条件下的疲劳强度,利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察了疲劳断口的形貌特征以及强化层微观组织的变化,用X射线(XRD)检测了强化层残余应力的分布。结果表明:喷丸后7A85铝合金试样的疲劳寿命是未喷丸的7.3倍,疲劳强度提高18%。喷丸在材料表面形成了厚度约为0.09 mm的残余压应力层,最大压应力为-231 MPa,该强化层平衡部分外加载荷中的瞬时拉应力,残余压应力层内的高密度位错可以阻碍位错的滑移,导致晶内位错迁移困难,从而阻碍了疲劳裂纹的萌生和扩展。     

孔强化处理对带孔镁合金零件疲劳性能的影响

利用孔挤压、机械喷丸、孔挤压+机械喷丸复合处理对带孔镁合金试样进行孔强化处理,研究孔强化处理对带孔试样疲劳寿命的影响,利用扫描电子显微镜观察了不同处理方法下疲劳试样断口形貌。结果表明,孔表面经挤压及机械喷丸处理后,试样表面最大残余压应力较高,表面晶粒细化明显,疲劳裂纹源区由试样上表面尖角处转移到了强化层以内,从而使试样疲劳寿命显著提高,是未处理试样的3倍。     

喷丸强化对2024铝合金/钛合金铆接件微动疲劳性能的影响

目的 研究机械喷丸强化对2024铝合金铆接件(螺栓为钛合金)微动磨损及疲劳寿命的影响。方法 利用X射线衍射仪、维氏硬度计、激光共聚焦显微镜和扫描电镜等设备,分析机械喷丸前后试样的表面完整性、磨痕表面形貌、磨痕轮廓和磨损体积。结果 采用机械喷丸强化处理能够显著提升铆接件的平均疲劳寿命,相较于原始试样,最高提升了约36.3倍。经断口失效分析发现,喷丸强化后试样的疲劳裂纹源位置发生了转移,原始件裂纹源位于铆接孔棱角的表面(板面与孔交界位置),板面喷丸后(只对铆接板表面进行喷丸处理)试样的裂纹源转向铆接孔壁的表面,板面+孔面+石墨润滑喷丸后试样的裂纹源转向铆接孔次表面(强化效果最好)。机械喷丸强化对铝合金微动耐磨性能的影响随着喷丸工艺参数的变化而波动。在线/面微动摩擦测试中,原始样品的磨痕深度为41.5 μm;采用0.2A的喷丸强度、200%的覆盖率(记为0.2A?200%)的喷丸参数时,磨痕深度降至34.6 μm,耐磨性得到提高;在0.3A的喷丸强度、200%的覆盖率(记为0.3A?200%)的喷丸参数时,磨痕深度升至58.9 μm,耐磨性降低。经喷丸强化后铝合金的微动磨损机制由黏着磨损向脱层磨损转变。通过电子背散射衍射研究发现,喷丸处理使得样品表层小角度晶界所占比例增多,表层晶粒细化。结论 铆接件微动疲劳性能的强化效果得益于喷丸在材料表面引入的残余压应力场和加工硬化层的共同作用。     

7075铝合金不同表面强化工艺的对比试验研究

对7075高强铝合金试样进行传统的机械喷丸强化与新的激光冲击强化工艺试验,对比它们产生的表面粗糙度、表层显微硬度与残余应力场的分布特性与演变规律,分析喷丸强化工艺对试样在低应力幅下的疲劳寿命改善作用。结果表明,表层残余压应力场分布合理性及其应力松弛趋势是提高试样疲劳寿命的主要因素,机械喷丸同时引起可观的应力集中,需要制定合理的组合式喷丸工艺,以缩小与激光冲击强化间的差距。激光冲击强化可显著改善疲劳性能的最主要因素是具有高的表面残余压应力值,以及持续保持应力影响深度的能力。而机械喷丸主要是高的残余压应力峰值及其向材料内层转移的能力。     

喷丸强化对FGH4097粉末高温合金室温高周疲劳极限的影响

对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力(σr)和超显微硬度(DHV),采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明:室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深、更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率;喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生,从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。     

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。     

喷丸对DD6单晶合金表层状态及低周疲劳性能的影响

研究喷丸强化对单晶合金表面粗糙度、残余应力及梯度和组织形态等表层性能的影响,并通过低周疲劳性能实验评价喷丸参数的影响,结合表层性能和断口分析,探讨喷丸强化机理。结果表明:改进侧倾法适用于测试DD6单晶喷丸强化后的表面残余应力,极图法适用于测试喷丸强化残余应力梯度;经喷丸强化后,DD6单晶的低周缺口疲劳寿命明显提高,其中采用陶瓷丸、喷丸强度0.20 mmA试样的疲劳寿命最高,其平均寿命较原始试样提高6.5倍;随着喷丸强度提高,虽表面粗糙度增大,但DD6单晶残余压应力深度及表层位错密度增加,使其疲劳寿命延长。     

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。     

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。     

湿喷丸强化对TC4疲劳性能的影响机制

利用湿喷丸技术对TC4钛合金进行表面改性处理,显著提高了材料疲劳寿命。对疲劳断口微观组织观察发现,湿喷丸强化处理使试样疲劳裂纹萌生位置由表面转移至试样内部约1 mm深度区域。通过对湿喷丸改性层微观组织分析可知,改性层内的细晶强化和位错强化是导致裂纹萌生位置发生改变的主要因素。湿喷丸引入的残余压应力对裂纹扩展起到有效的阻碍作用。细晶强化、位错强化和残余压应力共同作用提高TC4钛合金的抗疲劳性能。     

涡轮盘榫槽裂纹失效分析及喷丸强化改进

对航空发动机涡轮盘服役后产生的榫槽裂纹进行失效分析,并通过喷丸强化改进。通过断口分析对故障涡轮盘进行失效原因确定;针对该种材料(GH2132)开展喷丸强化工艺试验,并在表面残余压应力、高温疲劳寿命及断口和显微组织等方面进行分析。结果表明故障涡轮盘属于疲劳断裂,疲劳裂纹并不是材料本身原因引起的,而是与应力集中和加工过程有关;实施表面喷丸强化工艺后,形成很高的表面残余压应力,高温疲劳寿命较喷丸前提高1～2个数量级,断口分析显示为单一疲劳源,显微组织显示晶粒明显细化。即涡轮盘榫槽裂纹为表面加工缺陷引起的疲劳断裂;喷丸强化则能够提高其高温疲劳强度极限,而喷丸强化层内的残余压应力和精细的亚晶粒是提高疲劳强度的主要因素。     

ZK60高强度镁合金喷丸强化疲劳性能实验研究

为了研究喷丸强化处理对ZK60镁合金疲劳性能的影响,采用气动式喷丸机对ZK60高强度镁合金试样进行喷丸强化,利用X射线衍射技术对喷丸处理试样表面进行残余应力测试分析,并利用扫描电镜分析了镁合金试样表面晶粒尺寸变化,对所有试样进行疲劳性能测试,分析喷丸强化对ZK60镁合金疲劳性能的影响,同时对疲劳断口进行扫描分析。实验结果表明:喷丸强化在ZK60镁合金试样表面产生了一定的残余压应力分布,且残余压应力最大值可达-198 MPa,同时,喷丸强化可使ZK60镁合金试样表面粗糙度减小,喷丸区域晶粒得到明显细化,喷丸强化使得试样表面完整性得到极大改善,从而提高了ZK60镁合金材料的疲劳性能,喷丸试样疲劳寿命相对于未处理试样最大提高了36%,疲劳裂纹源由试样表面转移到喷丸强化层以内,从而抑制了疲劳裂纹的萌生。     

喷丸强化对渗氮40Cr和30CrMo钢疲劳性能的影响

对40Cr和30CrMo钢进行渗氮、喷丸等单一强化和渗氮后喷丸的复合强化处理,测定了钢件表层的残余应力与显微硬度,采用升降法确定了1×10 7循环周次下的疲劳强度.结果表明,渗氮、喷丸和渗氮 喷丸表面强化均可提高40Cr和30CrMo钢疲劳强度,但渗氮后喷丸复合强化的效果最佳.对疲劳试样的断口分析表明,调质未表面强化试样的疲劳裂纹源于表面,而强化试样的疲劳裂纹源于强化层下的次表层.     

表面喷丸强化改善7075铝合金疲劳寿命的试验研究

对7075铝合金试样引入表面喷丸强化工艺,分析表层残余应力与表面粗糙度的演变规律,讨论喷丸强化工艺对试样疲劳寿命的改善效果。结果表明,喷丸强化引入的表层残余压应力场是提高试样疲劳抗性的主要因素,但表面缺口效应造成的应力集中极易引发残余应力松弛,从而降低对疲劳寿命的提升作用。另外,单次喷丸强化改善试件疲劳寿命存在工艺参数拐点,故工程应用中必须谨慎、合理选择操作参数,而组合喷丸强化工艺可在一定程度上修正过度喷丸造成的不利影响。     

超声冲击改进地铁车辆焊接裂纹修复质量的探究

目的 针对地铁车辆车体、转向架构架疲劳裂纹频发的问题,探索超声冲击工艺增强焊接结构件疲劳强度的机理和可行性.方法 分别利用机械打磨和不同工艺参数的超声冲击处理SMA490BW钢焊接对接接头,借助应力分析仪、金相显微镜、超声疲劳机、扫描电镜等,综合分析试样的应力分布、接头形貌、晶粒组织、疲劳寿命以及断口形貌,以对比不同处理方式的强化效果.结果 超声冲击处理可有效改善对接接头的应力集中,细化表层晶粒,并调整表面应力场的分布,将焊接残余拉应力转为较大的残余压应力.在工艺参数1.5 A/10 min的冲击下,试样可获得最高平均寿命3.35×107周次,是机械打磨试样的3.8倍,是原始试样的10倍,且疲劳断裂失效模式不变.结论 超声冲击通过表面改性,显著提高焊接结构的疲劳寿命,且优于机械打磨方法.超声冲击法高度契合车辆裂纹修复的需求,但相关标准、设备、工艺不够完善,建议对超声冲击方法进一步探索,并最终将其纳入地铁车辆裂纹修复工艺.     

7075铝合金三种表面强化工艺对比试验

采用机械喷丸、激光冲击强化与深滚压三种表面强化工艺处理7075高强铝合金试样,在表面残余应力水平相当的情况下分析表面粗糙度、表层显微硬度与表层残余应力场的分布特性及对疲劳性能的影响方式与程度。结果表明,表面强化工艺引入的表层残余压应力场的分布合理性及其抵抗外部应力松弛的能力是改善试样疲劳寿命的最关键因素,机械喷丸与激光冲击强化处理的应力影响层浅且表面粗糙度导致的应力集中程度较大,对低周大应力疲劳性能的改善作用较为有限,而深滚压处理的应力场影响层深且具有高的稳定性,可同时改善试样的高周与低周疲劳性能。     

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。     

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。     

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。