激光冲击强化制备发动机用FGH96镍基高温合金性能分析北大核心CSCD

采用时效工艺处理发动机用FGH96镍基高温合金,利用激光冲击强化方法对其表面进行修复,实验测试分析其组织,残余应力及疲劳寿命。研究结果表明:基体中形成了大量的γ相奥氏体;时效96h后显微组织中产生了大量碳化物,存在沿晶析出。激光冲击强化处理后位于表面附近的晶粒形成更小的尺寸,合金表面晶粒发生明显细化,链状碳化物在晶粒内呈现弥散分布状态,实现FGH96合金的沉淀强化作用,对位错运动产生明显抑制效果。经激光冲击强化处理后试样并未产生新的衍射峰。激光冲击强化可以使试样表面获得更高的残余压应力,使时效试样达到更高的疲劳寿命。激光冲击强化还可以将残余应力引入到基体中,使疲劳裂纹源受到明显抑制,显著降低疲劳裂纹的扩展速度。     

激光喷丸强化对半圆孔件疲劳寿命的影响

为研究激光喷丸强化对7075-T6铝合金半圆孔件疲劳寿命的影响,对激光喷丸与未喷丸的试样进行了对比试验,利用X射线应力仪测定其表面残余应力,并对试样进行疲劳拉伸试验.用扫描电镜观察了两类试样疲劳断口的形貌,并采用数理统计方法对其疲劳寿命进行分析.研究表明:经激光喷丸处理区域,表面存在较大的残余压应力,幅值为310 MPa;未喷丸试样疲劳裂纹条带的宽度为0.7~0.8μm,而喷丸试样疲劳裂纹条带的宽度为0.3~0.4μm,说明喷丸试样裂纹扩展的速度比未喷丸试样慢很多;激光喷丸后半圆孔件的疲劳寿命比未喷丸的疲劳寿命提高了2.8~7.2倍.     

激光冲击处理后Ni基高温合金的性能

对Ni基高温合金进行了激光冲击强化处理,测量了处理后Ni基高温合金的残余应力、表面粗糙度分布规律和疲劳强度．结果表明,激光冲击处理后凹坑内残余压应力值为200—400MPa,其分布服从泊松正态分布规律;承载能力比未冲击试样提高大约150MPa;激光冲击区的粗糙度降低一个等级,凹坑内粗糙度数值分布也服从正态分布规律．激光冲击处理后表面出现了组织细化的硬化层,强化效果明显,残余压应力有极大的提高,有效地提高了抗疲劳寿命．     

孔强化对TC18钛合金疲劳寿命的影响

为提高TC18钛合金带孔零件的疲劳寿命,使用基体和焊缝上开孔的TC18钛合金试样,研究孔挤压和孔喷丸强化前后的表面残余应力,孔强化工艺对试样疲劳寿命的影响以及试样疲劳断口.研究表明,对基体和焊缝上的孔进行喷丸强化处理后,孔表面残余压应力值达到-300MPa以上,由于残余压应力和表面完整性的作用,孔喷丸强化效果比挤压强化...     

SMA490BW钢对接接头高周疲劳性能的机理探究

通过设计对比试验系统地分析应力集中、晶粒细化、残余应力等因素对转向架用SMA490BW钢对接接头高周疲劳性能的影响,并得出占据主导作用的因素。借助扫描电镜观察疲劳断口,探究对接接头冲击前后的失效模式。结果表明:经超声冲击或机械打磨处理后,试样的疲劳寿命均得到不同程度的提高。将焊缝余高彻底磨平对接头疲劳寿命的增益效果最为显著,其疲劳寿命相比原始对接接头可提高近百倍。改善应力集中、细化表层晶粒、引入残余压应力对对接接头延寿的贡献占比分别约为58%、29%和13%。对接接头的疲劳失效大多始于焊趾表面,经超声冲击处理后,疲劳裂纹源可能由材料表面转向内部缺陷。     

超声深滚处理改善预腐蚀7A52-CZ铝合金疲劳性能机理

研究了超声深滚(UDR)处理对预腐蚀7A52-CZ铝合金疲劳性能的作用.7A52铝合金试样在剥蚀腐蚀溶液中浸泡不同时间后进行了超声深滚处理.分别对未腐蚀试样、腐蚀试样和腐蚀+UDR处理试样进行了疲劳试验,用XRD应力测试和扫描电镜等方法分析了UDR处理前后试样的残余应力和断口形貌,并对疲劳断口进行了分析.结果表明:UDR处理在铝合金中引入超过1mm深的残余压应力层,延长了7A52的预腐蚀疲劳寿命.对于腐蚀较轻的试样,UDR处理使裂纹源在表层下残余压应力和拉应力过渡区产生,延长了疲劳裂纹萌生寿命;对腐蚀较重试样,疲劳裂纹仍从晶间腐蚀处形核,但由于引入残余压应力及腐蚀裂纹的部分愈合效应,仍在很大程度上改善了7A52的预腐蚀疲劳寿命.     

滚筒强化对2D70铝合金厚板表面应力以及组织和性能的影响

2D70铝合金是应用广泛的中强度铝合金,为了消除材料经机加工后在表面形成的残余拉应力,本工作研究了滚筒强化工艺对2D70铝合金厚板表面残余应力、表面形貌、高低频光滑疲劳性能及疲劳裂纹源的影响.结果表明,滚筒强化处理在2D70试样表面造成了残余压应力,但是同时也对试样表面造成某种程度的损伤,对最终材料高、低频光滑试样的疲劳性能影响不大,滚筒强化处理改变了疲劳裂纹的起源.     

高铬钢激光熔凝处理后的组织与耐蚀性能

快速凝固技术是改善高铬钢表面性能的有效手段,其中激光熔凝处理最为简单经济.过去,对采用激光熔凝处理来提高材料耐蚀性的报道不多,为此,采用5 kW横流CO2激光器对高铬钢进行熔凝强化处理,借助电化学测试、扫描电镜等方法研究了高铬钢激光熔凝处理后的显微组织及耐蚀性能.结果表明:高铬钢的表面腐蚀始于碳化物与基体交界处,导致基体腐蚀严重,大量碳化物暴露于表面;激光熔凝处理明显改善了高铬钢的组织形态,使其晶粒细化,碳化物完全溶解,碳及合金元素固溶于奥氏体枝晶中,耐蚀性明显提高,腐蚀表面均匀平整.     

超声冲击对高速列车转向架焊接十字接头超高周疲劳性能的影响

针对高速列车转向架在实际运用中出现的疲劳问题,利用HJ-Ⅲ型超声冲击处理装置,对高速列车转向架用SAM490BW钢十字接头焊趾进行超声冲击处理,并对处理后接头的超高周疲劳性能进行研究。结果表明,原始焊态试样和超声冲击态试样的S-N曲线均出现了传统意义上的水平段。超声冲击处理试样的疲劳强度相比于未处理试样提高了25%。经过超声冲击处理后,疲劳裂纹源的数量由多个变为单个,焊接接头焊趾处的应力集中系数下降了32.4%,降低了裂纹萌生概率;超声冲击降低了焊趾区域的残余拉应力,并诱发产生残余压应力,高达-255.5 MPa;焊趾表层晶粒得到细化,晶粒平均尺寸小于100nm;裂纹在塑性变形区扩展路径变长。     

喷丸强化对2XXX铝合金疲劳寿命的影响

研究喷丸对2XXX铝合金拉-拉疲劳性能的影响。对未喷丸试样和喷丸强化试样的微观组织、显微硬度、残余应力和拉-拉疲劳性能进行对比分析。结果表明:喷丸处理后,试样的组织和微结构未发现明显变化,但其粗糙度、残余压应力和显微硬度有所提高,分别是未喷丸试样的6.25倍,3.85倍和1.12倍;拉-拉疲劳性能显著提高,其中值疲劳寿命是未喷丸的1.67倍。在99.9%存活率下,喷丸试样的安全寿命是未喷丸试样的1.45倍。且表面喷丸强化后疲劳裂纹源由多个变为一个。     

基于激光冲击强化改善增材制造零件残余应力的自动化控制方法

针对金属激光直接沉积增材制造零件产生的残余应力,采用激光冲击强化技术冲击零件表面,有效改善材料的微观组织,提高力学性能,减少或延迟裂纹的形成和扩展,提高金属材料的疲劳寿命、耐磨性和耐腐蚀性。通过搭建由机器人、激光器、光路系统、约束层系统组成的自动化激光冲击强化系统,采用离线编程、加工环境仿真、系统集成控制等方法,并将光路系统置于真空环境中,安全高效地解决了多种零件表面的激光冲击强化工艺过程。     

超声冲击纳米化对7B04高强铝合金疲劳性能的影响

探讨了超声波冲击表面纳米化作用后对7B04高强铝合金疲劳性能的影响,研究得到,应用超声波冲击表面纳米化技术,使7B04高强铝合金表面得到晶粒度10-50nm的纳米层,层厚约为20-50μm,并形成了由表面向里层的晶粒尺度从小到大的梯度结构,而且晶粒取向与冲击行走方向具有趋向一致性,超声波冲击作用于试样表面后形成了约为200Mpa的残余压应力层,使原来潜在的、或已存在的微小表面裂纹被压合,可提高7B04高强铝合金材料的疲劳寿命5-10倍。     

发动机用TC17合金喷丸+微弧氧化涂层组织和疲劳性能分析

为了提高发动机用TC17合金表面的疲劳性能,采用喷丸和微弧氧化的方式对其表面进行强化处理。通过X射线衍射仪、透射电镜、显微硬度计、疲劳测试机等研究了不同表面处理后涂层的微观组织、硬度以及疲劳性能。结果表明:经过喷丸后的涂层组织产生大量细小颗粒,使晶粒细化,涂层形成了更宽衍射峰;试样硬度显著增大,并且当深度增大后,硬度逐渐减小,可以获得细晶强化以及加工硬化的效果;试样表面形成大量的疲劳源并逐渐迁移至材料基体中,同时疲劳源的范围不断缩小。经过微弧氧化的涂层上形成大量火山状孔洞,在断口部位产生大量疲劳源,涂层中主要含有TiO₂。经过喷丸+微弧氧化处理可以增加微弧氧化层的厚度,涂层表现出很好的抗疲劳性能,喷丸+微弧氧化试样疲劳源大部分出现在靠近基体表面的区域。     

激光冲击处理对金属微结构及其性能的影响

论述了激光冲击处理的基本原理,分析了激光诱发的冲击波在材料中的传播过程.激光冲击处理会使金属材料表层发生塑性变形而产生很高的残余压应力;冲击区的显微组织中会产生高密度位错,有时亦有孪晶与相变产生;金属材料表层的塑性变形、高残余压应力、高密度位错、孪晶以及相变,这些因素的共同作用使得金属材料表面硬度、疲劳寿命获得很大的提高.     

再次喷丸周期对TC18钛合金疲劳寿命的影响

研究了再次喷丸对于经过预先喷丸的TC18钛合金残余应力和室温疲劳寿命的影响。使用X射线衍射仪和旋转弯曲疲劳机测定了再次喷丸后的合金的表面残余应力以及总疲劳寿命。结果表明,疲劳试验会使预先喷丸的TC18钛合金疲劳试样表面残余压应力松弛30%～50%,而再次喷丸可以使由于疲劳而松弛的表面残余压应力回复到疲劳试验前试样的50%～70%。此外,相比未经过再次喷丸的试样,选择合适的再次喷丸周期可使TC18钛合金的总疲劳服役寿命提高了75%。     

喷丸强度对不同粗糙度表面超高强度钢疲劳性能的影响

不同方式加工的高强度钢零件具有不同的表面状态,对其采用相同的喷丸工艺是否合理尚不明确。对不同表面粗糙度23Co14Ni12Cr3Mo E超高强度钢作不同强度的喷丸强化。采用扫描电镜及白光干涉仪观察了喷丸试样的表面形貌,采用金相显微镜观察喷丸试样的表面组织,采用旋弯疲劳试验机测试了喷丸试样的疲劳性能,采用X射线衍射残余应力测试仪测试喷丸试样的残余应力。研究了喷丸强度对不同表面粗糙度超高强度钢的表面组织、形貌、残余应力场及疲劳性能的影响。结果表明:喷丸过程可以细化表面组织,引入残余压应力场,改变表面形貌特征,从而引起表面应力集中状况的改变,其改善效果与原始表面状态有关;对于初始表面粗糙度Ra≤0.4μm的表面,喷丸强化过程能有效提高材料的疲劳寿命,促使疲劳裂纹源内移;随表面粗糙度的提高,当应力集中状况过于严重时,表面组织细化和残余压应力对疲劳性能的提升作用会被抑制,喷丸工艺对疲劳寿命的提升效果大幅下降,疲劳裂纹源均位于表面。     

激光冲击处理对AISI304钨极氩弧焊接接头残余应力的影响

利用激光冲击波对AISI304不锈钢氩弧焊接接头进行了表面强化处理,用X-350A型X射线应力仪测定了其激光冲击处理后残余应力,分析了残余应力的产生机理.结果表明,激光冲击处理后AISI304焊接接头残余应力为110MPa左右,其强化效果十分明显,显著地降低了焊接接头残余拉应力,并使残余应力分布趋向均匀.     

SiCw/LD2疲劳裂纹萌生的研究

本文研究SiCw/LD₂复合材料的疲劳裂纹萌生部位、寿命和机制。用TEM现察疲劳试验后材料中的位错分布和出现在晶须旁的微裂纹。用SEM观察疲劳试样的表面一级塑料复型,发现5μm长的表面裂纹。认为复合材料的疲劳强度比基体合金高的一个原因是基体细小的晶粒所导致的较高的疲劳裂纹萌生寿命。     

表面压应力对10Ni5CrMoV钢疲劳性能的影响

分别采用精磨和冲击加工在IONi5CrMoV钢试样表面形成不同的残余压应力,对具有不同表面压应力的试样进行高周和低周疲劳试验,采用扫描电子显微镜对疲劳断口进行分析,并测试经不同周次高应变幅循环加载后的试样表面应力。结果表明,较高的表面压应力能有效抑制小应力幅下疲劳裂纹在表面的起裂,从而有效的提高了高周疲劳性能;在高应变幅作用下,初始的表面压应力迅速发生松弛而失去对疲劳裂纹在表面起裂的抑制作用,因而对低周疲劳性能无明显影响。     

激光冲击强化技术原理及研究发展

激光冲击强化技术(LSP)是一种新型的激光应用表面处理技术。与传统表面改性技术相比,激光冲击强化技术能给材料带来更深的残余应力层,使材料表层晶粒细化甚至出现纳米晶,同时大幅提高材料的疲劳寿命。利用高能激光辐照约束层材料(黑漆、黑胶带或铝箔),约束层材料在瞬间熔融气化并产生高温高压的等离子体。等离子体冲击波是一种爆轰波,可以通过C-J模型计算冲击波的峰值压力。等离子体冲击波在约束层(水、光学玻璃)的约束下向材料内部传播,其压力远远超过了材料的弹性屈服极限,材料经历了弹性-塑性变形,最终材料表面形成稳定的残余应力场并发生微弱的塑性变形。本文介绍了激光冲击强化技术的研究发展历程,在此基础上对该技术发展方向进行了展望。