纯钛高能喷丸表面纳米化后粗糙度的分析

介绍了采用高能喷丸方法（HSP）使工业纯钛获得表面纳米层，通过分析粗糙度对其疲劳性能的影响，找出获得表面最佳纳米化的喷丸时间。     

前混合水射流喷丸强化表面力学特性及疲劳寿命试验

为获得前混合水射流喷丸强化增益效果,研究前混合水射流喷丸对2A 11铝合金和45钢的表面显微硬度、表面残余压应力和疲劳寿命的影响.采用显微硬度计和X射线应力分析仪分别测定喷丸表面显微硬度和表面残余应力,利用扫描电镜观察疲劳断口形貌,获得喷丸表面显微硬度和表面残余压应力随喷丸压力、扫描速度及靶距的变化规律,指出射流喷丸可以大幅度地提高2A11铝合金和45钢的疲劳寿命,当2A11铝合金和45钢的应力振幅分别为155.7 MPa和282MPa时,喷丸试样疲劳寿命比未喷丸试样疲劳寿命分别提高25.31倍和18.56倍,且未喷丸试样疲劳裂纹萌生于试样表面,喷丸试样疲劳裂纹有的萌生于试样表面,有的萌生于试样内部,当疲劳源在试样内部时,裂纹在夹杂物处萌生.因此,前混合水射流喷丸是一种提高金属零构件疲劳寿命的有效方法.     

喷丸对TC4钛合金残余压应力场及疲劳寿命的影响

研究了不同弹丸及喷丸参数对喷丸后TC4钛合金表面形貌、表面塑性变形程度、残余压应力场和疲劳寿命的影响。结果表明:与铸钢弹丸相比,陶瓷弹丸喷丸强化后TC4钛合金表面的起伏程度变化不大,但能有效地覆盖加工刀痕;随喷丸压力增大和喷丸时间延长,试样表面的累积塑性变形先快速增大后趋于饱和;当喷丸压力达到0.25 MPa、铸钢弹丸喷丸时间大于40 s或陶瓷弹丸喷丸时间大于80 s时,最大残余压应力可达到610 MPa,残余压应力场深度超过250μm;两种弹丸喷丸强化后,TC4钛合金的疲劳寿命分别可提高10倍和20倍以上。     

喷丸表面强化处理Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的弯曲疲劳性能及断口分析

由于孔隙的存在,粉末冶金材料的性能较差,尤其是疲劳性能,而喷丸后续处理工艺可显著降低材料表面的孔隙率,对疲劳性能起到明显的强化效果。因此,采用超声弯曲疲劳试验方法研究喷丸后续处理工艺对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末冶金烧结材料的疲劳性能的影响。结果显示,喷丸处理可以明显提高Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C烧结钢的疲劳性能,在106、107、108循环周次条件下,喷丸前试样的条件疲劳极限分别为424 MPa、311 MPa和229 MPa,喷丸后的分别为513 MPa、421 MPa和346 MPa,依次提高了21.0%、35.2%和51.0%。断口分析发现,喷丸处理对Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C材料的疲劳断口的影响主要在裂纹萌生阶段,未经过喷丸处理的试样裂纹源集中在应力最大的试样喷丸表面棱角处,喷丸强化后的试样疲劳裂纹在喷丸表面的亚表面萌生,裂纹源有向试样亚表面移动的趋势。     

高强度喷丸对300M钢抗疲劳性能的影响

采用喷丸强度分别为0.424mm和0.576mm的两种工艺对300M钢进行高强度喷丸强化,从表面完整性、残余应力场、显微硬度及抗疲劳性能等方面研究了高强度喷丸对300M钢的强化效果。结果表明:喷丸强化处理后,300M钢试样喷丸面均被弹坑完全覆盖,表面粗糙度显著提高;喷丸后试样表层形成较高的残余压应力场,表面显微硬度得到提高;喷丸后试样疲劳寿命比喷丸强化前的有小幅提高,较高的表面粗糙度造成的应力集中以及微裂纹的产生是其疲劳寿命没有明显提高的主要原因。     

弹丸束喷丸有限元模型数值模拟及试验研究

喷丸工艺是一种有效提高工件表面疲劳抗力的表面处理工艺,被广泛应用在航空、汽车、动力机械等重要领域。喷丸数值模拟是制订喷丸工艺方案、评估喷丸后工件表面疲劳抗力的主要理论工具。目前,现有的喷丸数值模型主要有单弹丸模型、阵列弹丸模型等形式,在这些模型中,弹丸的撞击位置是固定的,忽略了真实的喷丸过程中弹丸位置的随机性。采用有限元计算软件ABAQUS提供的python语言开发一种弹丸在空间位置随机分布的弹丸束喷丸模型,在此模型基础上研究喷丸工艺参数与残余应力间的分布规律,进一步讨论喷丸工艺对工件表面粗糙度的影响,模拟喷丸强度的饱和过程,并通过Q235钢喷丸试验对弹丸束喷丸模型进行验证,为喷丸工艺的精确控制提供了科学依据和理论基础。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢的喷丸表面纳米化及其对耐蚀性的影响

用X射线衍射仪和透射电镜对1Cr18Ni9Ti不锈钢高能喷丸处理试样表面形成的纳米晶组织进行了表征。用阳极动电位极化曲线测定和点蚀试验研究了喷丸表面纳米化对1Cr18Ni9Ti不锈钢耐蚀性的影响,并借助扫描电镜对点蚀试样表面形貌进行了表征。结果表明,喷丸导致试样表面层形成平均尺寸约18 nm的纳米晶组织,即实现了表面纳米化,并产生了体积分数约15%的形变诱发α马氏体。随距喷丸表面深度增大晶粒尺寸逐渐增大,α马氏体的体积分数逐渐减小。喷丸表面纳米化可以明显改善1Cr18Ni9Ti不锈钢样品在3.5%NaCl溶液中的动电位极化特性。与原始粗晶试样相比,喷丸表面纳米化试样更容易形成稳定的腐蚀钝化膜,其抗氯离子腐蚀性能显著提高。     

超声冲-滚处理工业纯钛焊接接头摩擦学性能研究

采用自行研制的超声冲-滚处理装置对工业纯钛焊接接头进行处理,分析不同工艺参数对工业纯钛焊接接头焊缝区域表面粗糙度、硬度的影响。结果表明:经超声冲-滚处理,材料表层晶粒尺寸均细化至纳米量级,变形层厚度可达320μm左右;试样表面的粗糙度略有增加;其硬度值由HV146.6提升至HV312.8,较未处理材料提高了113.4%。采用球盘式结构试验机对超声冲-滚处理试样进行干摩擦磨损实验,研究不同工艺参数对试样摩擦磨损性能的影响,用扫描电镜观察磨损后试样的表面形貌。结果表明:超声冲-滚处理试样摩擦因数与磨损量较未处理试样均有所减小,在冲击电流1 A、冲击时间9 min时达到最小值:超声冲-滚处理试样的磨痕更浅,磨损表面更平整,表明超声冲-滚处理明显改善了工业纯钛焊接接头摩擦磨损性能。     

喷丸对结构钢疲劳裂纹萌生与扩展的影响——兼论表面存在脱碳层机件喷丸后的疲劳性能

本文研完了喷丸对结构钢疲劳裂纹萌生与扩展的影响及其与材料基本性能的关系,并探讨了脱碳试样喷丸后的疲劳性能。采用三点弯曲试样,对20SiMn2MoVA、35CrMo、50CrMo三个钢种的喷丸与未喷丸试样进行了疲劳试验。结果表明,喷丸处理能大幅度延长无裂纹寿命N_i;在裂纹不深时,喷丸对降低裂纹扩展速率da/dN也有较显著作用。N_i主要取决于喷丸前材料的屈服强度σ_y和形变强化指数n,以及喷丸后表面残余应力σ_r和表面硬度。本文还用吊环实物疲劳试验数据验证了喷丸对表面存在脱碳层机件疲劳寿命的影响。     

喷丸与激光喷丸强化高强度钢对比试验

为了考察和对比喷丸(SP)和激光喷丸(LSP)2种表面强化技术对金属零件的强化效果,以30CrMnSiNi2A钢为试样,进行喷丸和激光喷丸强化处理试验。试验结果显示,2种强化试样的残余压应力和硬度都有较大的提高。分别测定了喷丸强化和激光喷丸强化试样在同一应力水平下的疲劳寿命,并运用扫描电镜分析了两者的疲劳断口。试验结果表明,激光喷丸强化试样中值疲劳寿命是喷丸强化试样的1.11~2.75倍,激光喷丸强化比喷丸强化在提高金属零件表面性能方面的效果更佳。     

高强度钢喷丸强化处理的试验研究

喷丸强化是一种以小而硬的弹丸连续高速撞击金属零件表面而进行的一种特殊加工方法,零件通过喷丸可以大大提高材料的疲劳性能和抵抗应力腐蚀的能力。针对某型飞机上的喷丸强化零件,选取材料牌号为16Co14Ni10Cr2Mo高强度钢为研究对象,对两种厚度的试样进行不同喷丸强度的喷丸强化,对不同喷丸强度的试样进行疲劳寿命和残余应力场对比分析。     

表面强化对30CrMnSiA钢疲劳性能的影响

对30CrMnSiA钢磨削表面分别进行了振动强化和喷丸强化,然后再进行镀铬处理,研究了不同强化方法对该钢疲劳性能的影响。结果表明:该钢表面经过振动强化和喷丸强化处理后,其疲劳强度分别提高了13.0%和19.6%,达到617 MPa和653 MPa;表面经过振动强化和喷丸强化再经过镀铬处理后的疲劳强度略微增加了2.1%和2.6%,达到630 MPa和670 MPa。     

喷丸处理对汽车变速箱齿轮疲劳强度影响的研究

分析了汽车变速箱齿轮经喷丸处理后对疲劳强度的影响，通过喷丸强度试验，表面覆盖率试验确定了合理的喷丸处理工艺，通过疲劳试验，得出了喷丸处理对弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的影响程度。结果表明：喷丸处理能极大地提高齿轮的疲劳强度，从而提高齿轮的使用寿命。     

喷丸强化对异物致损车轴钢疲劳性能的影响

高速铁路车轴长期服役中形成各种损伤,严重破坏了结构完整性.为此,首先采用喷丸处理(SP)对车轴钢试样进行强化,运用空气炮装置预制异物损伤(FOD),基于X射线衍射和纳米压痕仪得到喷丸强化试样表层的残余应力和微观硬度分布,开展高周疲劳试验分别获得未强化光滑试样(UnSPed+UnFODed)、强化处理的光滑试样(SPed+UnFODed)、未强化处理的FODed试样(UnSPed+FODed)和强化处理的FODed试样(SPed+FODed)的疲劳S-N曲线,同时考虑疲劳寿命数据的分散性,引入C95R95的概率评估方法得到上述各类试样的疲劳P-S-N曲线.最后,建立了伤损车轴材料的修正Kitagawa-Takahashi图.研究发现,异物损伤过程将会显著降低车轴钢试样的疲劳强度和寿命,然而由于残余压应力和硬化层的存在,喷丸强化能够有效提高受到FOD冲击试样的抗疲劳性能,具有重要的工程应用价值.     

喷丸对1Cr11Ni2W2MoV钢航空发动机涡轮盘表面完整性的影响

对航空发动机涡轮盘采用两种不同弹丸喷丸后,用金相显微镜、表面粗糙度仪、X-350A应力衍射仪、DUH-211(S)动态超微小显微硬度计和SUPPA40高分辨热场发射扫描电镜等设备对1Cr11Ni2W2MoV不锈钢航空发动机涡轮盘喷丸前后表层组织、表面粗糙度、残余应力、超显微硬度及冲击断口等进行对比观测。结果表明:喷丸后表层组织有细化;表面粗糙度值约为未喷丸的10倍;表面残余压应力约为未喷丸的2倍多;表层硬度由表及里呈下降趋势;通过对冲击断口的观察分析可知,喷丸除了对疲劳性能有改善作用外,对材料断裂也有一定的作用。弹丸种类的不同仅在表面残余压应力上有差异体现。     

摩擦因数与弹丸形变对超声喷丸纯铜的影响研究

在已有的超声喷丸有限元模型中，绝大多数都忽略了弹丸的弹性、塑性变形对数值模拟结果的影响。同时，关于弹丸表面与受喷材料表面之间的摩擦因数对超声喷丸数值预测结果的影响规律，目前也鲜有报道。为此，以纯铜试样为研究对象，结合超声喷丸实验和数值模拟过程，研究了摩擦因数与弹丸形变对超声喷丸纯铜的影响规律。首先，基于ABAQUS平台建立了单丸粒超声喷丸三维有限元模型；然后，设计了单丸粒超声喷丸实验，依据实验条件分析了喷丸距离对速度的影响，将实验工况输入仿真模型，并分别从弹丸速度、凹坑形貌两方面比较了实验与仿真结果；最后，分别采用刚性丸、弹性丸、弹塑性丸，在摩擦因数为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5的工况下，对纯铜试样进行了超声喷丸数值模拟，对受喷表面的形貌、残余应力进行了分析。研究结果表明：当弹丸与纯铜表面之间的摩擦因数大于0.2时，摩擦因数对超声喷丸纯铜形成的凹坑形貌和残余应力的影响不再显著；超声喷丸纯铜形成的凹坑尺寸、残余压应力深度、最大压应力和表面残余拉应力随弹丸与纯铜之间接触刚度的增大而增大。该研究结果对超声喷丸的数值建模具有重要的指导意义。     

软轴的失效及其喷丸强化

50C2VA钢制软轴是航空用发电机和发动机扭矩传递的重要联接件。调质处理,表面加工光度▽_(70)在外场使用中曾数次出现折断事故。由此对折断软轴进行了失效分析。针对软轴折断具有低应力高循坏疲劳损伤和疲劳源于表面的特点,对软轴采用了表面喷丸强化处理。试验结果,喷丸的疲劳强度为78公斤力/毫米~2,而未喷丸的为70公斤力/毫米~2,提高了8公斤力/毫米~2.若按在同一应力水平下的疲劳寿命计算,喷丸的=2.5×10~6次,而未喷丸的=1.20×10~5次,提高了一个数量级。本文介绍了折断软轴的断口分析,喷丸工艺及其强化机制的实验结果和疲劳试验结果。     

金属材料喷丸强化有限元模型的演变及展望

喷丸强化工艺是将金属或非金属弹丸高速撞击金属构件,使构件表面产生弹塑性变形的过程,这些变形在材料表层产生具有一定厚度的残余压应力层和组织强化层,从而使得构件材料表面得到强化,并最终显著提高构件的疲劳强度。介绍了喷丸强化工艺的基本原理、特点和相关工艺参数,对有限元分析模型:包括弹丸数量、弹丸分布规律和靶材模型的简化程度等几个方面的演变情况进行了分类归纳和比较,总结了喷丸强化工艺参数对残余应力场的影响规律,对未来喷丸强化机理的研究工作进行了展望。     

渗碳层和氮化层中的疲劳断裂源

渗碳层深度为0.7毫米的疲劳试样的断裂源经常发生在表层;而氮化试样的疲劳断裂源则易产生于化合物层和扩散层的交界处附近,这与残余应力在渗层中的分布有明鲜的相对应性。在过高的应力水平时,疲劳源可能在表层发生。改善渗碳件表层组织可有效地提高疲劳强度,18Cr2Ni4wA钢渗碳后重新加热淬火比直接淬火的试样提高疲劳极限35%,比未渗碳的提高疲劳极限70～80%。氮化件原始组织形态对疲劳强度有一定影响;改善渗碳试样的表面光洁度可提高疲劳强度。渗碳件表层和氮化件次层以及其表层所存在的夹杂物,常常成为疲劳断裂源的发源地。     

喷丸强化

一、原理喷丸是弹丸以高速撞击金属零件的表面,使其产生一冷作硬化层的冷加工方法,用来提高金属零件的疲劳强度及抗腐蚀的能力。此表面层处在压缩状态,显出压应力。它有助于提高疲劳强度。