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。     

微粒子喷丸中碳钢疲劳性能分析

使用旋转弯曲疲劳试验机进行了中碳钢10~9cyc的疲劳实验,分析了直径100μm的钢球和陶瓷球喷丸处理后材料的疲劳性能及实验过程中残余应力的稳定性.与未喷丸试样相比,2种微粒子喷丸试样的疲劳极限分别提高了35%和23%.根据实验过程中对残余应力的跟踪测试,详细分析了残余应力松弛的过程及机理,阐述了疲劳极限提高机理及其控制因素.     

圆角半径对输出轴断裂的影响研究

在试验过程中输出齿轮轴发生断裂,断面磨损严重。本研究先对该轴的断裂失效进行了分析,确定断裂性质为旋转弯曲高周疲劳,理化检测指标符合图纸要求,而圆角半径实测数据比设计要求小。为了查找疲劳失效原因,对实测圆角半径和设计要求圆角半径所造成的应力集中进行应力计算,得到不同圆角半径对应的实际旋转弯曲疲劳极限强度,发现该输出轴断裂处的实际旋转弯曲疲劳极限强度比设计要求降低了一半。在工作载荷作用下实际旋转弯曲疲劳强度的降低,使该输出齿轮轴的实际疲劳寿命相比设计寿命大大降低,导致该输出齿轮轴工作中提前失效。     

齿轮疲劳强度与裂纹萌生区域的预测研究

以经过表面强化后的国产某轿车变速箱齿轮为例,根据齿根附近沿深度的残余应力和硬度的分布对单齿弯曲疲劳强度和疲劳裂纹萌生区域的预测进行了分析和试验验证.通过强度和硬度之间的转换关系以及疲劳强度与残余应力的作用关系,得到了齿根附近沿深度的弯曲疲劳极限分布,齿根次表面下0.25～0.45mm之间的区域是疲劳危险区.齿轮表面强化的结果使得齿轮弯曲疲劳裂纹源从表面转入到次表面,并初步得到了微观验证.研究结果说明了基于残余应力和硬度可以进行疲劳强度和疲劳裂纹萌生区域的预测.     

表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响

研究了磨削、一次喷丸、二次喷丸3种表面加工方法对TC4钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律,采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪对经不同方法加工的试样的表面形貌、表面粗糙度和表面残余应力分布等表面完整性参数进行了表征。采用旋转弯曲疲劳试验机分别测试了不同方法加工的光滑试样(应力集中系数Kt=1)和缺口试样(Kt=2)的旋转弯曲疲劳S-N曲线。结果表明,相比磨削,一次喷丸和二次喷丸处理后TC4钛合金光滑试样和缺口试样的疲劳极限均显著提高,TC4钛合金的疲劳缺口敏感性下降。另外,二次喷丸的疲劳极限增益效果优于一次喷丸的,原因是二次喷丸在TC4钛合金表面形成了更优的残余压应力场分布和更低的表面粗糙度。     

汽车稳定杆用 55Cr3弹簧钢室温旋转弯曲疲劳性能

从汽车稳定杆用钢的实际应用需求出发,采用横向轴向应变控制方法,在应变循环比 R为－1,频率 83Hz和室温环境下,测试了 55Cr3弹簧钢旋转弯曲疲劳性能,得到了试样的 S-N曲线。并通过扫描电镜观察疲劳断口,研究了 55Cr3弹簧钢旋转弯曲疲劳特性。结果显示：生产的汽车稳定杆用 55Cr3弹簧钢具有高纯净度和良好的强度与塑韧性配合,其旋转弯曲疲劳试样的疲劳极限可达 730MPa;在较高应力下,裂纹起源于试样表面因加工刀痕和擦伤等引起的缺陷,且存在多处裂纹源。     

渗碳轴承钢的显微组织和疲劳性能分析

利用旋转弯曲疲劳实验机研究了一种高温渗碳轴承钢在对称循环应力下表现出的高周疲劳性能,测量了S-N曲线,绘制了疲劳升降图,计算了该实验钢的疲劳极限。利用光学显微镜观察,该实验钢的渗碳层组织是由隐晶马氏体+残留奥氏体+少量碳化物构成;心部组织是由细小板条马氏体+少量残留奥氏体+大量弥散碳化物构成。用扫描电镜观察了该实验钢的疲劳断口,分析了断裂特点。对疲劳断口的研究表明:旋转弯曲疲劳起裂主要是由钢表层或次表层的复合氧化物夹杂引起,从而导致断裂的发生。     

喷丸强化对TC21高强度钛合金疲劳性能的影响

对TC21疲劳试样进行喷丸,测定未强化试样和喷丸强化试样的旋转弯曲疲劳S-N曲线和采用升降法测定1×107周次下的条件疲劳极限,利用X射线应力仪测定了残余应力,用扫描电镜分析了疲劳断口.试验结果表明,喷丸不仅可显著延长TC21钛合金的疲劳寿命和提高疲劳强度,而且能使疲劳裂纹不再从表面萌生而是从表面强化层下的基体材料处形成并向四周扩展.     

40Cr钢喷丸处理工艺的优化研究

40Cr钢经840℃油淬+500℃回火后制备三点弯曲疲劳试样,在旋转弯曲疲劳试验机上测定不同喷丸处理及喷丸后磨削处理的试样在应力比R=0.05条件下2×107循环周次的表象疲劳极限.结合试样表面残余应力分布及疲劳源的位置,分析其变化规律,用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对此作了合理清晰解释.探讨了喷丸工艺优化问题,并指出对一些零件应在喷丸后进行磨削处理.     

40Cr钢喷丸处理工艺的优化研究

40Cr钢经840℃油淬+500℃回火后制备三点弯曲疲劳试样,在旋转弯曲疲劳试验机上测定不同喷丸处理及喷丸后磨削处理的试样在应力比R=0.05条件下2×107循环周次的表象疲劳极限。结合试样表面残余应力分布及疲劳源的位置,分析其变化规律,用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对此作了合理清晰解释。探讨了喷丸工艺优化问题,并指出对一些零件应在喷丸后进行磨削处理。     

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 材料的疲劳过程是能量耗散的过程,在宏观上表现为热耗散,能量理论是研究材料疲劳行为微观机理和宏观现象的桥梁。文中利用红外热像仪对具有颈缩部分的45号钢试件疲劳过程中的温度变化进行了研究,探讨了影响温度变化的机制,并介绍了快速确定45号钢疲劳极限的方法。实验结果表明,该方法所测得的疲劳极限合理,且该方法具有非接触、便捷、低成本等优点。     

疲劳裂纹萌生的微细观过程与内部疲劳极限理论

通过对现有的各种疲劳裂纹萌生（形核）模型的分析以及对表面形变强化材料疲劳裂纹萌生现象的大量观察与分析,发现现有形核理论有若干不足。为此,提出了新的“疲劳裂纹萌生微细观过程理论”,并进而提出了表征金属材料疲劳性能的又一个新的特征参量——“内部疲劳极限”。根据提出的新理论,可对目前许多难以理解的疲劳现象,给出较圆满的解释。     

碳氮共渗及渗后喷丸对低碳钢疲劳极限的影响

用内部疲劳极限概念，定量分析了碳氮共渗及渗后喷丸对低碳钢疲劳极限的影响，提出了预测疲劳极限和优化工艺准则。     

兆瓦级风电轮毂球铁高周疲劳寿命研究

为了获得MW级风机轮毂QT350-22LT的高周疲劳寿命.通过拉-拉高周疲劳试验获得其疲劳极限,并通过数值模拟的方法确定QT350-22LT是否能够作为轮毂材料.疲劳试验在PW3-10程序控制高频万能疲劳试验机进行,采用实际生产的附铸试块进行拉-拉高周疲劳试验.试验结果表明:获得的兆瓦级风电轮毂QT350-22LT的疲劳极限值为250MPa,根据数据绘制的S-N曲线的拐点在290MPa;疲劳源的位置不同,所产生的瞬断区断口形貌也有所差别.对轮毂本身所能承受的最大应力进行有限元分析,得到最大应力为156MPa.应力集中部位的值没有超过材料的疲劳极限,这证明球铁QT350-22LT能够满足风机轮毂设计的应力要求.     

STUDY ON FATIGUE DAMAGE BELOW THE FATIGUE LIMIT AND THE COAXING EFFECTS

ＳＴＵＤＹＯＮＦＡＴＩＧＵＥＤＡＭＡＧＥＢＥＬＯＷＴＨＥＦＡＴＩＧＵＥＬＩＭＩＴＡＮＤＴＨＥＣＯＡＸＩＮＧＥＦＦＥＣＴＳＷＵＺｈｉｘｕｅ;ＬＵＷｅｎｇｅａｎｄＸＵＨａｏ１）（ＦｕｓｈｕｎＰｅｔｒｏｌｅｕｍｉｎｓｔｉｔｕｔｅ,Ｆｕｓｈｕｎ１１３００１,...     

6061-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊疲劳性能分析

对6061-T6铝合金点焊接头进行单点疲劳试验,确定6061-T6铝合金回填式搅拌摩擦点焊的疲劳断裂原因,得出6061-T6铝合金的S-N曲线以及条件疲劳极限.通过对载荷水平为1.5 kN的6061-T6 RFSSW疲劳试样进行金相分析以及断口扫描分析,得到了6061-T6铝合金疲劳断裂原因以及疲劳断口特征.结果表明,6061-T6点焊接头中的钩状缺陷和上下板结合处缺口尖端的应力集中是造成疲劳破坏的主要原因,疲劳裂纹始于上下板搭接处焊点的钩状缺陷外边缘,即缺口尖端处;在焊接过程中,应通过优化工艺参数尽量减小钩状缺陷的尺寸以及降低缺口处的应力集中,从而提高焊点的疲劳寿命.     

表面完整性对C250型超高强度钢高周疲劳性能的影响

利用圆磨、一次喷丸和二次喷丸3种不同的加工方法,在C250型超高强度钢(C250钢)上引入不同的表面完整性状态。研究了不同表面完整性状态下C250钢试样的表面形貌、表面粗糙度和表面残余应力等表面完整性参数并分析了其在室温下的光滑(应力集中系数,Kt=1)旋转弯曲疲劳S-N曲线和缺口(Kt=1.7)旋转弯曲疲劳S-N曲线。结果表明:由于表面完整性状态的优化,相比圆磨状态,一次喷丸后C250钢光滑试样和缺口试样的疲劳极限分别提高15.4%和18.1%,二次喷丸后分别提高26.2%和20.1%,在C250钢疲劳性能方面二次喷丸增益更大。然而,二次喷丸后C250钢的缺口敏感性较一次喷丸有所增大,原因是二次喷丸带来的表面平滑化和最大残余压应力外移效果对光滑试样疲劳性能影响明显,但对缺口试样影响相对较小。     

Ti2AlNb金属间化合物喷丸强化残余应力模拟分析与疲劳寿命预测

目的 研究经喷丸强化处理后Ti2AlNb材料表层残余应力的分布特征,并预测残余应力对材料疲劳性能的影响规律。方法 通过贴应变片逐层钻孔法,对使用喷丸强化处理后的Ti2AlNb试样进行残余应力测试分析,得到引入残余应力场各方面的测试数据,结合ABAQUS数值模拟方式,对比分析试验与模拟残余应力场结果,获取材料的最终残余应力梯度。利用FE-SAFE软件,通过叠加残余应力场的方式,预测喷丸强化前后试样的疲劳寿命。结果 在文中加工参数下,实验测试和软件模拟结果的重合度良好。喷丸强化可在Ti2AlNb金属间化合物靶材内引入300 MPa左右的最大残余压应力,深度达到了0.12 mm左右。材料表面塑性应变分布不均匀,且造成的塑性应变距表面深度可达0.1 mm。通过喷丸强化引入残余压应力,预测的Ti2AlNb材料疲劳极限可提高12%,高低周疲劳寿命均有明显的延寿效果。结论 验证了有限元数值模拟此材料喷丸强化的准确性和可靠性,得到了Ti2AlNb材料喷丸强化的残余应力场。由于塑性变形诱发机制的限制,喷丸造成塑性应变分布不均匀,塑性应变层深小于残余压应力层深。此外,强化后材料的疲劳性能显著提高,疲劳极限有可观的提升,且高低周疲劳均有较好的延寿效果。     

气缸盖蠕变-疲劳寿命预测

气缸盖在工作中受到低周热疲劳损伤、高周热疲劳损伤和蠕变损伤,其寿命和可靠性是发动机的重要指标。用热瞄构顺序耦合分析方法计算了气缸盖的温度场和应力场,分析了气缸盖上危险点在10个启动-工作-停车循环的弹性应变、塑性应变和蠕变应变,从理论上证明了影响气缸盖寿命的主要因素是低周热疲劳损伤,启动次数是其最主要的寿命指标。蠕变不影响低周热疲劳的应力幅,只是使循环中的平均应力增加。高温下松弛与蠕变同时发生,降低了平均应力的增长速度。经历有限个循环,平均应力基本稳定。因此,把发动机气缸盖的蠕变-低周热疲劳等效为一定应力幅和平均应力的热-机械疲劳,并用标准试样的热-机械疲劳试验预测了发动机气缸盖的使用寿命（可承受的最大启动次数）。     

Influence of Shot Peening Treatment on the Fatigue and Corrosion Resisting Properties of 2Cr13 Stainless Steel

In the present paper,shot peening treatments were used to strengthen the steel surface,and the influence on the fatigue and corrosion resisting properties of 2Cr13 stainless steel was examined.The residual stress and the surface roughness were investigated by XRD and AFM.The characteristics of fatigue and corrosion resistance have also been analyzed by bending fatigue and salt spray tests.The result reveals that the fatigue limit of the samples is improved dramatically with the increasing of the peening strength by 7.5%.Meanwhile,the peenging angle has no evident influence on the fatigue properties.Compared with the untreated samples,the acid corrosion weight loss of the samples after the shot peening treatment is decreased almost by 90%.From the above experimental results proper shot peening would improve not only the fatigue property but also the corrosion resistance of 2Cr13-typed stainless steel.