基于FEM-DEM的粗糙表面喷丸数值模拟与试验研究

考虑试件喷丸前粗糙度的影响,提出了粗糙表面喷丸的有限元与离散元(FEM-DEM)耦合模型.制备喷丸与未喷丸两类45#钢试件,测量了试件喷丸前后表面与亚表面的残余应力.根据测量结果验证耦合模型,研究了喷丸工艺参数对试件亚表面残余应力的影响规律.结果表明,提高表面覆盖率和喷丸强度,均可增大残余压应力峰值,其中,喷丸强度的影响更为显著;相同表面覆盖率和喷丸强度下,小直径弹丸可增大残余压应力峰值,大直径弹丸则有利于增大残余压应力层厚;若喷丸前试件粗糙度过大,可通过提高表面覆盖率来增强喷丸强化效果.研究为粗糙表面喷丸强化工艺优化提供了一定的理论依据.     

喷丸工艺对1Cr11Ni2W2MoV钢螺母表面性能和显微组织的影响

采用3种不同喷丸强化工艺(干喷丸、先干喷丸后湿喷丸以及湿喷丸)对1Cr11Ni2W2MoV钢螺母表面进行强化处理,比较了喷丸工艺对螺母表面残余应力、粗糙度、显微组织的影响.结果表明:湿喷丸后螺母表面残余压应力最大,且最大残余压应力出现在大圆弧截面处,达到550 MPa,同时表面粗糙度Ra最小,分布在0.75～0.85μ...     

不同喷丸工艺对螺母表面残余应力分布的影响

喷丸强化会使零件表面产生残余压应力,可以提高零件抗疲劳能力。试验采用正交试验法对螺母表面进行喷丸强化,沿着螺母轴向方向取三个截面进行残余应力测试分析。试验表明喷丸强化后螺母表面的残余应力均为压应力,有利于提高螺母的抗应力腐蚀和抗疲劳能力;螺母直段截面和大圆弧截面的残余压应力分布在（400～500）MPa,大于小圆弧截面的残余压应力;通过SPSS软件对螺母不同截面以及整体残余应力分布进行显著性分析,表面喷丸流量对螺母整体残余应力分布影响较为显著,并且得出了较为优异的喷丸强化工艺参数。     

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。     

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。     

航空铝合金激光激波强化工艺

用激光激波强化工艺对LY2航空铝合金进行了表面强化试验研究,测试了强化前后材料的性能.结果表明:经激光激波强化后材料表面残余压应力提高了约100 MPa,强化深度达1.5mm,是普通喷丸强化的2～5倍.     

工艺参数对TC4钛合金喷丸强化影响的仿真分析

利用有限元法针对TC4钛合金的喷丸强化过程,建立了数值模型。首先,运用Abaqus建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算喷丸速度分别为40、60、80、100 m/s的模型,结果表明：当喷丸速度逐渐增大的过程中,表面残余应力,最大残余压应力和残余压应力层厚度都逐渐增大;其次,建立的TC4钛合金喷丸强化的有限元模型,分别计算了垂直入射、入射角为10°和入射角为20°的模型,结果表明：随着入射角的增大,靶材的表面粗糙度并没有显著变化,但对残余压应力的影响不可忽视,主要体现在最大残余应力由607.3 MPa逐渐减小为504.4 MPa,降幅20.4%,残余压应力层的厚度由158.5μm降低到145.2μm,降幅8.4%。入射角度控制在0～10°之间最合适时可以使得喷丸强化效果最优。     

激光冲击强化与喷丸提高不锈钢疲劳性能对比研究

对不锈钢材料1Cr11Ni2W2MoV进行了激光冲击强化和喷丸强化后表面粗糙度和残余应力测试分析,与喷丸相比,激光冲击强化对试件表面形貌和表面粗糙度的影响更小,产生的残余压应力更大。对光滑试件和2种强化后试件的振动疲劳对比试验表明,激光冲击强化能显著提高不锈钢材料振动疲劳寿命,是喷丸的2倍以上。     

42CrMoA钢的单次喷丸和复合喷丸强化

对42CrMoA高强钢进行了单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸强化处理,研究了不同喷丸工艺下钢的表面粗糙度、疲劳性能、表层残余应力、组织细化程度及显微硬度。结果表明:喷丸方式对42CrMoA钢最大残余压应力和应力层深度影响不大;单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸后钢的表面残余压应力、表面组织细化程度、显微硬度及疲劳极限依次增大,表面粗糙度则依次减小;复合喷丸尤其是抛光复合喷丸可显著降低42CrMoA钢的喷丸表面粗糙度。     

激光冲击TC4钛合金残余应力热松弛数值模拟研究

为了研究高温对激光冲击TC4钛合金残余应力的影响,采用PROCUDO200激光喷丸系统对TC4试样进行强化处理,采用XL-640型应力仪测量了保温550℃前后激光冲击TC4钛合金表层残余应力。采用ABAQUS软件,基于Johnson-Cook本构方程和双曲正弦Arrhenius-type方程,创建了可预测保温前后激光冲击TC4残余应力场的有限元模型。研究表明：在550℃下,随着保温时间的延长,表面残余压应力不断减小;当保温时间超过30 min后,表面残余压应力的减小幅度降低;保温60 min后,激光冲击TC4表面残余应力的测量值和模拟值基本一致,说明该有限元模型能准确预测残余应力热松弛规律,残余应力的热松弛可能与保温期间塑性变形层的热回复过程和动态再结晶有关。     

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.     

钛合金铣削加工表面残余应力研究

金属切削加工引起的残余应力对零部件变形、疲劳性能有重要影响,通过选择合适的加工参数对其进行控制是可能的。目的在于研究钛合金铣削加工中铣削参数对已加工表面残余应力的影响,利用X射线衍射技术测量进给方向和铣削方向的残余应力。为保证X射线应力测量精度,采用摇摆法和峰拟合定峰方法。试验结果表明,钛合金顺铣加工表面残余应力表现为压应力,主要是由于刀具后刀面与已加工表面的挤光效应起主导作用所致。沿铣削方向和进给方向,切削参数对工件表面残余应力影响具有差异性。通过控制切削参数有可能生成定制化的应力。     

喷丸对重载齿轮用18CrNiMo7-6钢抗胶合性能的影响

分别采用传统喷丸、微粒子喷丸、传统喷丸+微粒子喷丸工艺对渗碳淬火齿轮钢18CrNiMo7-6进行表面处理,研究了喷丸处理对表面粗糙度、硬度、残余应力及胶合载荷的影响。结果表明:3种喷丸工艺均可以提高试验钢的表面硬度,传统喷丸+微粒子喷丸对表面硬度的提高幅度最大,其次为微粒子喷丸;传统喷丸增大了试验钢的表面粗糙度,微粒子喷丸和传统喷丸+微粒子喷丸降低了表面粗糙度,微粒子喷丸处理后的表面粗糙度最低;3种喷丸工艺均会在试验钢表面引入残余压应力,微粒子喷丸和传统喷丸+微粒子喷丸引入的最大残余压应力位于表面,而传统喷丸引入的位于次表面;传统喷丸+微粒子喷丸处理后试验钢的胶合载荷最大,其次为微粒子喷丸处理后的,这与微粒子喷丸提高了表面硬度和表面残余压应力,同时降低了表面粗糙度有关。     

超声波喷丸覆盖率对Q345钢表面性能的影响

选用不同的覆盖率对Q345钢试样进行超声波喷丸强化处理.试验结果表明:随着喷丸覆盖率的增加,Q345钢试样表层组织晶粒逐渐变细,显微硬度和表面残余压应力值均不断提高,而表面粗糙度值却随着覆盖率的增加而降低.     

超声滚压工艺对TC4钛合金表面残余应力的影响

钛合金关节轴承是航空发动机的重要部件之一,但由于其润滑条件较差,极易产生磨损从而导致失效事故。采用超声滚压工艺对钛合金试件表面进行强化试验,以有效增强试件表面耐磨性能和抗疲劳特性,并着重研究静压力、滚压次数和主轴转速等超声滚压强化工艺参数对钛合金表面残余压应力与剪切应力的影响规律。试验结果与理论分析结果表明,残余压应力随着静压力、滚压次数和主轴转速的提高而增大,剪切应力随着静压力、滚压次数和主轴转速的提高而总体减小;滚压后试件表面可获得-2 000～-500 MPa的残余压应力和-600～-300 MPa的剪切应力。超声滚压技术可以有效提高钛合金材料表面的残余压应力,并有效降低表面的剪切应力。     

TC4钛合金条形零件铣削加工表面残余应力测试与分析

航空钛合金零件在铣削加工时表面会产生残余应力层,不仅影响零件的尺寸精度,还严重影响零件的疲劳性能。因此,研究航空钛合金零件铣削加工表面的残余应力分布与变化十分必要。以TC4钛合金条形零件为研究对象,采用化铣剥层法,测试并分析不同铣削用量条件下已加工表面残余应力的分布与变化规律。研究结果表明,TC4钛合金条形零件已加工表面层的残余应力沿层深方向逐渐由压应力变为拉应力;随着切削速度和每齿进给量的提高,残余应力值均相应降低;而随着径向切深的增大,残余压应力值则相应增加。     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

材料原始组织对表面形变强化有效性的分析

综述了几种原始组织的材料表面形变强化的有效性，讨论了三个主要因素的作用和相互关系。可以认为，表面形变强化的有效性是马氏体大于索氏体，缺口件大于光滑件，滚压大于喷丸；滚压使马氏体40Cr钢的缺口疲劳极限显著提高，甚至超过光滑疲劳极限，这主要归因于高的残余压应力的有益作用。并对表面形变强化的选材依据提出了建议。     

GH742合金激光冲击强化后的表面残余应力

采用X射线衍射法对GH742合金激光冲击强化后的表面残余应力进行了测试,采用云纹干涉结合盲孔法对残余应力随深度的分布进行了测试。结果表明:GH742合金经激光单点冲击后,表面残余压应力最高可达1 180MPa,且残余压应力层深度达到1.2mm;50%光斑搭接率强化后的表面残余压应力约为1 100MPa。     

喷丸强化因素对钛合金固体粒子冲蚀抗力的影响

探讨了喷丸强化(SP)因素(残余压应力引入、表面粗糙度增大和表面加工硬化等)对Ti6Al4V钛合金固体粒子冲蚀(SPE)行为的影响和作用机制,为充分发挥SP改进航空发动机零部件服役性能的潜力提供依据。结果表明:Ti6Al4V合金表面直接喷丸处理,其SPE抗力无明显改变;SP处理后进行表面抛光,Ti6Al4V合金SPE抗力明显增加。SP造成的表面粗糙度增大导致了钛合金在大小冲击攻角下的SPE抗力的下降;SP引入的表面残余压应力对提高钛合金在90°大攻角下的SPE抗力起了重要作用,原因是SP残余压应力增加了裂纹闭合力和抑制了疲劳裂纹早期扩展;SP引起的表面加工硬化作用对提高钛合金在30°小攻角下的SPE抗力有重要贡献,这归于加工硬化提高了材料表面在小攻角下的微犁削抗力。