超声滚压载荷对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律

为了提高列车车轴的使用寿命,研究分析了不同强化处理后试样的表面形貌及其粗糙度、表层组织结构、表面硬度及其深度和表面残余应力,探索了滚压处理和不同载荷超声滚压处理对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律。结果表明：与磨削试样相比,滚压和超声滚压处理均改善了试样的表面粗糙度,其中低载荷超声滚压试样的表面粗糙度最低,达到了0.2μm;高载荷超声滚压试样的表层获得的塑性变形层最深;高载荷超声滚压试样的表面硬度值最大,达到了370 HV0.1,并形成了深度为150μm左右的硬化层;滚压试样和超声滚压试样表面均产生了较高的残余压应力。滚压和超声滚压处理使25CrMo4车轴钢表面硬度及硬化层深度的增加、产生较高的残余压应力和表面粗糙度的降低均会对其疲劳性能的提高产生有利的影响,特别是超声滚压处理的效果更佳。但过高的载荷会使车轴钢的表面粗糙度升高,从而对其疲劳性能的提高产生不利的影响。     

ZK60镁合金表面滚压强化试验研究

试验研究了ZK60镁合金表面滚压加工中工艺参数对试件表面粗糙度、表面形貌、表面残余应力和表层显微硬度的影响,结果表明滚压力和重复滚压次数对试件的表面粗糙度、表面形貌以及表面残余应力和表层硬度影响程度较大,滚压速度影响较小。对精车ZK60镁合金试件进行滚压加工,试件表面粗糙度R a、R z最大减小了50.3%和48.1%;残余压应力最大可达-54.55 MPa;显微硬度从试件表层到内部基体材料逐渐降低,表层硬度值最大为92.83 HV 0.25,比基体材料硬度提高了15.32%。     

超声滚压处理提高30CrNiMo8钢疲劳性能可行性的研究

为了提高机车牵引电机轴的疲劳性能,对30CrNiMo8电机轴用钢进行了超声滚压强化处理。采用金相组织和表面形貌观察、表层硬度和残余应力以及疲劳极限测试等实验手段研究了精车加工试样分别经磨削和超声滚压处理后的表层组织、表面粗糙度、硬度和残余应力以及疲劳性能的变化规律。结果表明,超声滚压后试样表层产生了约300μm厚的变形层,距表面越近塑性变形程度越大,并在最表面产生了2～3μm厚的白亮层。与磨削处理相比,经超声滚压处理后试样的表面粗糙度Ra由精车的1. 886μm减小到1. 303μm,与磨削的1. 404μm相当;而表面硬度由350 HV增加到446HV,且随着距表面的距离增加而逐渐减小,其硬化层厚度约为300μm;而表层残余压应力由-249MPa大幅度提高到-838 MPa。超声滚压试样的疲劳极限比磨削试样的提高了约为33. 5%。此外,根据表面的粗糙度值,可以用超声滚压替代磨削这一工序。     

表面滚压处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

表面强化可提高高速列车车轴疲劳性能，延长使用寿命。对广泛应用于高速列车的EA4T车轴钢表面进行滚压处理，使用激光共聚焦显微镜表征表面形貌和粗糙度；借助光学显微镜分析滚压处理前后试样的显微组织，并采用EBSD测试滚压试样表层晶粒尺寸；采用显微硬度计测试强化层显微硬度分布并与未处理试样进行对比，采用X射线衍射残余应力分析仪分析其残余应力分布；基于旋转弯曲疲劳试验和扫描电子显微镜下的断口观测分析试样的疲劳性能。研究结果显示：滚压强化后，试样表层发生塑性变形，表面质量得到改善，且形成厚度约为400μm的硬化层，表层产生纳米晶；显微硬度提高了29%,表面最大残余应力为-576MPa,试样显微硬度和残余应力变化趋势一致，均为从表面向心部减小；滚压试样疲劳强度增幅为28%。试验结果表明，滚压是车轴延长寿命的一种有效方式。     

滚压强化对45钢螺纹根部表面完整性的影响研究

采用自制的基于普通车床CA6140的螺纹根部滚压强化装置对45钢螺纹试样进行滚压强化工艺处理。使用三维形貌测量仪、显微硬度计、X射线残余应力检测仪、超景深显微镜等检测设备,对滚压完成后的螺纹根部表面粗糙度、表层显微硬度、残余应力,表层显微组织等表面完整性参数进行检测。通过进行单因素试验,探究了螺纹根部滚压强化工艺参数对表面完整性的影响。45钢螺纹试样经过滚压强化工艺后,其螺纹根部的表面粗糙度S_a由1.71μm减小到0.874μm;螺纹根部形成了明显的晶粒细化层,深度达到了120μm;显微硬度由199.3 HV增加到379.5 HV,硬化程度N=90.4%;表层残余应力呈勺型分布,残余应力在距离表面105μm处达到峰值,为-542 MPa,残余压应力层深度可达700μm。研究结果表明：滚压强化技术可以显著提高螺纹根部的表面完整性,且滚压深度这一工艺参数对其的影响最为显著。     

纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值分析

为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律,采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况,然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀,表面为压应力,压应力沿试件深度方向先增后减;试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大,随滚压速度的增大而减小,而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化;试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大,但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化;相位差对残余应力影响可忽略不计。     

GCr15SiMn轴承钢表面超声滚压处理改性分析

使用HK30数控车床对GCr15SiMn轴承钢进行表面超声滚压处理,利用金相显微镜和扫描电镜观察试样超声滚压前后表面形貌和截面组织,并对比分析了超声滚压处理前后试样的硬度、表面粗糙度和残余应力.研究结果表明:超声滚压处理后,试样表面显微组织发生明显的塑性变形,形成约1μm的塑性变形层;试样平均表面粗糙度Ra值降低,表面...     

AZ31B镁合金超声滚压表层力学性能的纳米压痕测试

超声滚压可以使镁合金表面纳米化,从而影响表层的力学性能。研究多道次超声滚压AZ31B镁合金表层力学性能,可以为镁合金超声滚压仿真分析提供依据。本文通过车削和多道次超声滚压对AZ31B镁合金棒进行表面处理,采用白光干涉ZeGageTM Plus光学轮廓仪对车削和超声滚压后试样的表面形貌进行观测,通过纳米压痕仪测定试样表层的纳米硬度和弹性模量,并获得载荷-位移曲线。结果表明,经3道次超声滚压加工后,AZ31B镁合金表面粗糙度由车削后的0.568um降低至0.192um,下降了66.2%;相同的加载方式下,越接近超声滚压表面,纳米压痕深度越浅;在距离表面300μm深度内,纳米硬度得到明显提升,且越接近超声滚压表面,纳米硬度越大;在距离表面200μm深度内,弹性模量明显增大,说明3道次超声滚压对AZ31B镁合金表层纳米力学性能的显著影响层深度达到200μm。多道次超声滚压提高了材料表层的纳米硬度和弹性模量,起到了表面强化的作用。     

车削参数对GH4079高温合金表面特征的影响研究

研究车削参数对GH4079高温合金表面特征的影响规律,为车削加工GH4079高温合金选择合理的加工参数提供实验基础依据。采用车削速度为280~560m/min,切削深度为0.5~1.0mm,进给量为0.035~0.088mm/r的车削参数对GH4079高温合金进行车削加工,并用CALISUM表面粗糙度仪、显微硬度仪及X射线应力衍射仪对GH4079高温合金车削表面特征(表面粗糙度、表面显微硬度及表面残余应力)进行测定。GH4079高温合金车削表面粗糙度值在Ra502~Ra1 121nm范围内变化,表面显微硬度值在570.2~677.3HV范围内波动,进给方向残余应力σr(X)呈压应力状态,而垂直于进给方向残余应力σr(Y)呈拉应力状态。研究结果表明:表面粗糙度和表面显微硬度对切削速度的变化最为敏感,表面残余应力对切削深度的变化最敏感;表面粗糙度和表面显微硬度均随切削速度的增加而减小;表面残余压应力随切削深度的增大而增大,表面残余拉应力随切削深度的增大而减小。     

硬态车削对18CrNiMo7-6钢表面完整性影响研究

介绍了硬态车削淬硬钢表面粗糙度与表层残余应力研究现状。通过设计单因素试验,对硬态车削18CrNiMo7-6渗碳钢圆棒试样的三维表面粗糙度与表层残余应力进行分析,探究硬态车削工艺参数对淬硬钢表面完整性的影响规律。结果表明干式硬态车削18CrNiMo7-6渗碳钢可获得较好的表面三维粗糙度与残余压应力,残余应力沿深度方向分布表现为先增大至最大值后逐渐减小至稳定值。在硬态车削过程中,进给速度对工件表面完整性影响最大,切削速度影响次之,背吃刀量影响最小。     

喷丸对2024-T351铝合金表面完整性影响的研究

为研究气动喷丸和超声喷丸两种不同喷丸工艺对2024-T351铝合金表面完整性的影响,在A型阿尔明试片名义弧高值为0.15 mm的喷丸强度下,分别使用气动喷丸和超声喷丸对2024-T351铝合金进行表面喷丸处理,并使用电子扫描显微镜、X射线衍射仪、残余应力分析仪、微观硬度计分析两种喷丸工艺对表面形貌、微观组织结构演变、残余应力、微观硬度的影响。研究表明,气动喷丸和超声喷丸均会显著改变材料的表面形貌,超声喷丸可以产生更小的表面粗糙度值。由于弹丸速度较高,气动喷丸会导致更大程度的塑性变形。采用气动喷丸,试件的残余压应力大于超声喷丸,但残余压应力层深度明显较浅。采用超声喷丸,试件会产生更高的微观硬度和更深的硬化层。     

7050铝合金二维超声滚压加工表面完整性综合评价

采用正交试验法对7050铝合金进行二维超声滚压加工试验,选取表面粗糙度、表层硬度和残余应力作为表面完整性评价指标,运用灰色关联分析法对表面完整性进行综合评价。通过研究工艺参数对表面粗糙度、表层硬度和表面残余应力的影响,采用多元线性回归方法构建表面完整性各评价指标和灰色关联度预测模型,从而获取最优工艺参数和相应评价指标值。研究结果表明：对于不同的评价指标,各工艺参数的贡献率不同;预测模型在95%置信水平上均通过了显著性检验,可对试验结果进行准确预测;基于预测模型的规划求解所获得的表面完整性结果优于灰色关联度的优选结果,规划求解所获得的最优工艺参数为静压力327 N、转速400 r/min、进给量0.11 mm/r,此时残余应力σ值约为-236.98 MPa,表面粗糙度Ra值约为0.56 μm,表层硬度约为695 HL。     

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。     

高强螺纹滚压工艺的有限元模拟及试验研究

对高强螺纹进行滚压处理可有效提高螺纹结构的抗疲劳性能。为深入研究螺纹滚压工艺规律,以提高螺纹紧固件的抗疲劳性能,建立螺纹滚压工艺三维有限元模型,并基于该模型研究了滚轮参数对滚压后残余应力的影响规律,最终采用疲劳试验验证了该方法的有效性。结果表明:滚轮型面夹角、直径、型面圆弧半径等参数对滚压后引入的残余应力分布具有很大影响。滚轮型面夹角越小,滚压后引入的残余压应力层越深;较小的滚轮直径有利于引入较大的残余压应力和残余应力层深;较大的圆弧半径可获得较高的表面残余压应力和最大残余压应力,同时在一定范围内导致残余应力层深减小。疲劳试验结果表明,采用未经优化的滚轮强化后,螺纹疲劳寿命提高1.6倍,而采用经优化设计的滚压轮强化后,螺纹疲劳寿命提高4倍。该结果证实了基于有限元分析的滚轮优化方法的有效性。     

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...     

6061铝合金径向超声振动车削的表面完整性研究

为研究径向超声振动参数及切削参数对车削6061铝合金表面残余应力、表面粗糙度以及表面形貌的影响,采用与普通车削进行对比的方法对6061铝合金进行纵向超声振动切削试验。结果表明:与普通车削相比,径向超声振动辅助车削能显著提高零件加工表面的残余压应力;在两种切削方式下,表面残余压应力均随切削速度的增加而增大;在相同切削参数下,随着径向超声振幅的增加,6061铝合金加工表面的残余压应力变大;与普通车削相比,径向超声振动车削使工件表面的粗糙度变大,并且伴随振幅的增加,表面粗糙度呈上升趋势;通过对加工表面的三维形貌进行观测发现,超声振动辅助车削能有效抑制传统车削加工中的积屑瘤和鳞刺等表面缺陷,并显著提高加工表面质量。     

EA4T车轴车削表面完整性研究

基于EA4T车轴车削正交试验,研究了车削加工工艺参数对车轴表面粗糙度、残余应力分布等表面质量完整性的影响规律,并进行了工艺参数优选。研究结果表明:工艺参数对加工表面粗糙度、轴向与周向残余应力产生较显著影响,且工艺参数对表面粗糙度和残余应力具有相似的影响规律,其中进给量是对加工表面完整性影响最显著的因素。     

超声滚压三维残余应力场的有限元模拟

探讨一种研究超声滚压表层残余应力的数值方法。超声滚压过程是一个强烈的塑性变形过程,涉及到复杂的静态和动态冲击挤压。根据该加工技术的原理建立了有限元模型,评估了网格参数、定义了加载方式,并通过304不锈钢圆盘的超声滚压实验对有限元模型进行验证,在此基础上,模拟了超声滚压的加工过程,分析了残余应力分布特点以及各加工参数对其影响规律。结果表明:超声滚压后,材料表面产生了分布均匀的残余压应力,随着深度的增加,残余应力先后出现一次压应力峰值和较小的拉应力峰值最后降低为0。加工参数对残余应力的幅值和深度影响程度不同,静压力、覆盖率和加工次数影响较大,振幅影响较小。     

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。     

X80钢超声表面滚压加工残余应力场的有限元模拟

建立了超声表面滚压加工(USRP)的接触分析模型,模拟了X80钢的USRP过程,分析了等效塑性应变和残余应力的分布,并将残余应力的模拟结果与实测结果进行比较。结果表明:X80钢经USRP处理后表层发生了剧烈的塑性变形,并产生了残余压应力;随着距表面的深度增大,表层的残余压应力逐渐减小,并转变为残余拉应力;残余压应力峰值和残余压应力层厚度随位移载荷增大而增大;X80钢表面残余应力的模拟结果的与实测结果的误差约为4.8%,验证了模型的可靠性。