超高强度钢强力滚压残余应力仿真与试验研究

目的 研究不同强力滚压工艺参数对超高强度钢表层残余应力分布的影响.方法 针对45CrNiMoVA超高强度钢的表面强化问题提出了强力滚压工艺.采用硬质合金滚压刀具,对试样施加超过2500 N的滚压力,进行强力滚压强化单因素试验.基于SEM和EBSD测试,分析强力滚压对超高强度钢表层微观组织的影响,进而对不同滚压参数下超高强度钢表层残余应力分布与表面残余应力变化进行分析.最后通过ABAQUS有限元仿真建立了超高强度钢强力滚压强化表层残余应力场预测模型,对滚压强化表层残余应力仿真值与试验值进行了对比.结果 强力滚压使得超高强度钢表层的平均晶粒尺寸从0.813μm降低为0.474μm,且马氏体晶粒沿滚压方向发生了变形滑移.超高强度钢经强力滚压后,表层残余压应力由–276 MPa提升至最高–942 MPa,残余压应力深度由0.2 mm增加至最大0.9 mm.超高强度钢强力滚压试验和仿真残余应力沿径向的分布规律一致,滚压表面残余压应力仿真值与试验值的误差小于27％.结论 测试分析表明,强力滚压可有效细化超高强度钢45CrNiMoVA表层晶粒并且改善残余应力分布,残余压应力值随着滚压深度和滚压次数的增加而增大,随进给量和工件转速的增大而减小.强力滚压仿真较为准确地预测出滚压强化表层残余应力分布情况,为超高强度钢45CrNiMoVA等一类难加工材料构件的表面强化问题提供了工艺指导.     

高强度钢喷丸强化残余压应力场特征

对高强度钢不同喷丸强化规范下引入的残余压应力场进行了深入研究，归纳了喷丸强化残余压应力场的特征，总结了工程上实用的喷丸残余压应力场规律并澄清了一些错误认识。     

超高强钢点焊结构拉剪试验及数值仿真

以超高强淬火钢22MnB5搭接型点焊结构为研究对象,通过拉剪试验、光学试验和维氏硬度测试,获得了点焊结构的部分力学参数.在ANSYS中进行强度仿真,并与试验结果进行对比.结果表明,将点焊模型分为焊核、塑性环、母材三部分的有限元模型是合理的.同时仿真结果还表明点焊结构交界面的塑性环边缘处是最薄弱的位置,结构失效主要由切应力所引起,并分析了部分尺寸参数对结构强度的影响,当焊核半径、两板重叠长度与板厚越大,结构的最大Von Mises应力值就越低,但增大到一定程度后,其影响降低,为焊接工艺参数的优化提供参考.     

高Co-Ni超高强度钢残余应力的巴克豪森信号表征

采用四点弯曲的加载方式,通过巴克豪森检测方法表征高Co-Ni超高强度钢不同热处理状态的残余应力以及微观组织状态.分析得出残余应力以及微观组织与巴克豪森信号的对应关系.结果表明,高Co-Ni超高强度钢表层应力和材料微观组织与巴克豪森信号值相关性较好,在弹性极限范围内,巴克豪森噪声值(BN)随拉应力的增大而增大,随压应力的增大而减小;退火处理状态下BN值最高,淬火态次之,回火状态下最低.     

超高强度钢与镀锌双相钢电阻点焊接头强度试验

试验研究了超高强度硼钢板/镀锌双相钢板的电阻点焊接头质量缺陷及其产生原因,通过正交试验设计,重点讨论了焊接电流、通电时间和电极压力对点焊接头强度的影响.结果表明:超高强度硼钢板/镀锌双相钢点焊中超高强度钢板侧更易出现飞溅和烧穿问题,通电时间和焊接电流强度时点焊接头拉剪强度影响显著,这类钢板组合的焊接应优先采用大电流、短...     

不同工艺下超强钢点焊残余应力的试验分析

为了分析在不同工艺下电阻点焊对超强钢焊接构件内部残余应力的影响,文中试验选用B1500HS快冷淬火后的超高强钢薄板,通过德国NIMAK点焊机器人进行电阻点焊,制备焊接构件,并通过X射线衍射法测量点焊构件焊核区、热影响区、母材区表面处的残余应力,分别从电极直径、焊接电流、锻压力方面考察不同工艺对超强钢点焊构件残余应力的影响. 结果表明,残余应力以焊核为中心基本呈对称分布,从焊核到母材,数值先增大后减小,在热影响区处达到最大值且为拉应力,远离焊核区降低为压应力,且拉应力最大值明显高于压应力最大值;残余应力随电极直径增大而增大;残余应力随着电流增大其最大值先增大后减小;锻压力可以降低残余应力峰值.     

高强度钢结构焊接残余应力的数值计算

在高强度钢结构的焊接过程中,焊缝附近的温度已经超过了淬火和回火的临界温度,微小的焊接工艺参数偏差就可能在焊接热影响区内引起材料性能的剧烈改变,在焊缝附近区域产生三维反力,使高强度钢材料对焊接残余应力具有更高的敏感性,显著地影响了高强度钢焊接结构的安全可靠性。本文根据焊接热力循环过程的特点,进行高强度钢焊接残余应力数值仿真,计算结果与试验结果比较吻合。在此基础上进行焊接工艺参数、结构参数及边界条件对焊接残余应力的影响,计算结果为高强度钢焊接残余应力的计算提供了参考。     

超高强钢点焊结构疲劳试验分析

以超高强淬火钢22MnB5为母体的点焊结构为研究对象,分别通过恒压和锻压工艺,利用光学显微镜,运用成组法进行了疲劳试验测试分析,结果表明,锻压和恒压二种工艺的p-S-N曲线显示出前者比后者工艺的疲劳寿命分散性略大及两种工艺的断裂模式基本相同,裂纹在焊核与热影响区交界处发生,并进一步向两侧较对称扩展至母材区,成为裂纹起裂点.异种母材与同种母材的试样发生疲劳断裂的位置相同,均为焊核与内层热影响区的交界处,异种母材的试样在裂纹扩展形态具有不对称性,疲劳失效均发生在低碳钢焊核处,得到三种应力等级下焊点的疲劳寿命变化曲线.     

TC18超高强度钛合金喷丸残余压应力场的研究

采用X射线衍射及相应交相关定峰法，通过电解抛光逐层测定了TC18超高强度钛合金喷丸的残余压应力，并分析了残余压应力场的特征及规律，同时研究了在交变应力和温度下残余压应力的松弛，结果表明，残余压应力场中的最大值为材料的本征参数，它与喷丸强化工艺无关，这对超高强度钛合金喷丸工艺的制定和应用具有重要意义。     

30Cr3SiNiMoWV超高强度钢的晶界特征与应力腐蚀沿晶断裂

用俄歇电子能谱等方法研究了30Cr 3 SiNiMoWV 超高强度钢回火马氏体组织中原奥氏体晶界上的元素偏聚及其与应力腐蚀沿晶断裂之间的关系。结果表明,在原奥氏体晶界上有明显的碳和磷偏聚。晶界是一个高碳区,存在着一个碳化物微层,磷偏聚在晶界上呈随机性分布。碳化物微层与基体间的界面对氢的强捕集作用及其促进阳极溶解局部化,以及磷对氢原子化合成氢分子的抑制作用,使该钢种易于发生应力腐蚀沿晶断裂。     

超高强淬火钢板中频点焊接头组织与断口形貌

以超高强度淬火钢EN10292TL4225为研究对象,采用先进的中频点焊连接技术,利用优化的焊接参数实现了超高强钢同种材料之间的优质连接,进行了高强钢的点焊接头拉伸试验和焊点表面硬度分布试验以及对拉伸断口的扫描电镜分析.结果表明,试验得到的点焊接头具有良好的力学性能和接头组织形貌,焊接接头组织具有和母材一致的显微组织,断口形貌具有塑性韧窝的特征,能够满足汽车产品碰撞与道路试验设计的要求.     

焊接残余应力对高强度钢低匹配对接接头静载强度的影响

采用有限元方法研究了焊后拉伸条件下高强度钢等匹配和低匹配对接接头内部应力的变化情况。结果表明,焊后横向和纵向拉伸载荷增至临界失效载荷期间,等匹配和低匹配接头的焊缝区和母材区应力均一直持续增加,但焊缝及近缝母材区应力在焊接残余应力基础上的增加较远端母材区缓慢;最终近缝母材区的应力明显高于远端母材区,未表现出内应力完全调匀的特征;这意味着由于焊接残余应力的存在,高强度钢宽板等匹配焊接结构的静载强度可能略有损失,而高强度钢宽板低匹配焊接结构更将在焊缝低强的影响下损失更大的静载强度。     

时效温度对超高强度不锈钢缺口抗拉强度的影响

借助轴对称光滑和缺口拉伸试验,研究了时效温度对超高强度马氏体时效不锈钢固溶和冷拔状态弹簧钢丝缺口抗拉强度的影响。研究结果表明：时效前的冷加工具有增强时效动力学的作用,降低了光滑和缺口拉伸抗拉强度峰时效温度,而且冷加工具有明显的强化效应,但强化效果随时效温度的提高逐渐衰减。从提高材料和构件的可靠性考虑,推荐500 ℃和480 ℃分别为固溶态和冷拔态钢丝的时效温度。     

超高强度钢激光焊接工艺与接头力学性能

采用Yb:YAG激光焊接系统对热成形超高强度钢搭接和对接两种接头形式下的焊接工艺和接头力学性能进行了研究,并采用激光共焦显微镜观察接头各部分的微观组织.试验结果表明,在激光功率和离焦量保持不变的条件下,焊接速度对两种接头形式下的接头力学性能影响显著.搭接接头抗剪力随焊接速度的增加而减小,且试样均断裂于焊缝搭接面处;对接...     

高强钢低匹配等承载对接接头焊接残余应力调匀能力

借助有限元软件研究了高强钢对接接头中焊接残余应力的调匀情况.结果表明,因母材塑性储备不足,所有接头焊后横向、纵向拉伸峰值应力均在焊接残余应力的基础上不断增加,但接头各区域应力增速不同,最终残余应力均未完全调匀.低匹配静载ELCC接头高塑性、低屈强比的盖面焊道位于高值残余应力所在的焊缝及近缝区母材表面并分担载荷,使该区应力增速放缓,故其残余应力调匀能力优于等匹配接头.考虑焊接残余应力的ELCC接头静载失效更可能发生在母材区,这与ELCC接头的设计目标相符.明确了静载ELCC设计可以忽略焊接残余应力的影响.     

Effects of process time and thread on tensile shear strength of Al alloy lap joint produced by friction stir spot welding

In automotive applications, friction stir spot welding (FSSW) has been practically used in the construction of aluminium car bodies. In this study, the weld strength and factors governing the weld strength in the friction stir spot welded aluminium alloy 6061-T6 were examined. The weld strength increased with the process time during FSSW up to 3 s, beyond which it decreased. The fracture path changed from the lapped interface into the shoulder edge as the process time increased, and the maximum strength was obtained at the process time when the transition of the fracture path occurred. The cross-sectional microstructure depended on the threads on the probe surface, i.e. the elliptical zone was formed in the stir zone by the threads, but an effect of the thread on the weld strength was hardly found. The present study suggests that the weld strength was strongly related to the size of the well-consolidated region, which was larger than the elliptical zone observed in the vicinity of the exit hole.