喷丸强化因素对Ti811合金高温微动疲劳抗力的影响

探讨了高温下喷丸强化（SP）因素（残余压应力引入、表面粗糙度增大、表面加工硬化等）对Ti811钛合金微动疲劳（FF）抗力的作用规律和机制。结果表明，SP处理可以有效地提高350℃高温下Ti811合金的微动疲劳抗力，但对500℃下FF抗力有不利影响：SP引入的表层残余压应力增加裂纹闭合力，是SP提高350℃高温下钛合金FF抗力最为重要的因素，SP表面加工硬化的作用为次要因素；SP造成的粗糙度增大在350℃和500℃高温下对钛合金的FF抗力呈现出不利的作用，原因是表面机械损伤的影响突出，这种影响与残余压应力的存在状态有关。     

等离子渗氮与喷丸强化复合改进钛合金抗微动损伤性能

利用直流脉冲等离子电源装置对Ti6A14V钛合金表面渗氮处理,研究了渗氮层的相组成、硬度分布、韧度及摩擦学性能,采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理,以达到联合提高钛合金微动疲劳(FF)抗力的目的.研究结果表明:脉冲电源等离子技术可在钛合金表面获得由TiN、Ti2N、Ti2A1N等相组成的渗氮层,该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力,但降低了基材的FF抗力.渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金FF抗力超过了SP单独作用.提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要.     

离子渗ZrN与喷丸复合对TC4合金疲劳行为的影响

为改善钛合金耐磨和抗疲劳性能,采用离子渗技术在TC4钛合金表面先渗Zr,再渗N形成梯度ZrN合金化层,并与喷丸强化(SP)后处理复合。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和显微硬度计分析测试了改性层的组织结构和硬度沿层深的分布,探讨了改性层对TC4钛合金疲劳性能的影响规律和作用机制。结果表明,TC4钛合金离子渗层由ZrN-TiN复合相表层和富氮的Zr-Ti固溶体次表层组成,表面以ZrN相为主,其硬度较基材提高了3.2倍,合理强度的喷丸后处理未造成渗ZrN层表面明显损伤,并使表层硬度进一步增大,硬度沿层深呈现梯度递减分布。渗ZrN层明显降低了TC4合金的疲劳抗力,此归于ZrN-TiN层韧性低、表面粗糙度大。SP后处理则使渗ZrN的TC4钛合金疲劳抗力显著提高,不仅远高于TC4钛合金基材,而且远大于SP处理状态,原因归于复合处理引入了数值高、分布深的残余压应力场,并使表面粗糙度降低、组织改善,有效抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展。     

超声喷丸对工业纯Zr疲劳裂纹扩展行为的影响

对厚度为2.0 mm的工业纯锆板材进行双面超声喷丸（USSP）处理,研究了超声喷丸（USSP）对微观组织演变和疲劳裂纹扩展（FCG）行为的影响。通过光学显微镜、激光共聚焦显微镜、背散射电子衍射仪、透射电子显微镜和X射线衍射仪分别对微观结构演变进行表征。采用紧凑拉伸试样进行FCG试验,对断口形貌和裂纹扩展路径进行分析。结果表明,USSP处理后形成了具有约250 μm深度残余压应力的表面梯度结构,USSP试样比原始试样表现出更高的强度和表面粗糙度。值得注意的是,USSP-8 min和USSP-12 min试样的疲劳裂纹扩展寿命比原始试样分别提高了28.1%和50.9%。USSP处理有助于提高疲劳裂纹扩展抗力,进而在一定程度上降低疲劳裂纹的扩展速率。FCG性能的提高可归因于残余压应力和晶粒细化的共同作用,残余压应力增强了裂纹闭合效应,降低了有效应力比。同时,晶粒细化使晶界比例增加,循环塑性区尺寸减小,从而有利于抵抗裂纹扩展。     

钛合金拉伸铣削的机理与试验研究

对钛合金TC4(Ti6Al4V)在拉伸状态下进行铣削加工.建立平面应变的残余应力形成模型,分析了拉伸装夹改变加工表层残余应力的机理.研究了铣削对钛合金表面残余应力和表面粗糙度的影响,得到了在不同切削参数下钛合金表面残余应力和表面粗糙度的实验数据.实验结果表明,拉伸装夹基本不影响表面粗糙度,但可以大大提高加工表面残余压应力并增大残余压应力层的厚度.     

Mo电极电火花强化与喷丸复合提高Ti合金微动疲劳抗力

采用Mo电极分别在空气和硅油中对Ti811钛合金表面进行电火花强化处理（ESS），探讨消除强化层中裂纹缺陷的途径。将ESS与喷丸强化复合，拟使Ti合金微动疲劳（FF）抗力得到显著改善。结果表明：Mo电极在空气中电火花强化处理Ti811钛合金表面后，强化层出现明显的微裂纹缺陷，由此导致其微动疲劳抗力降低。在硅油中用Mo电极电火花处理Ti811合金不仅消除了表面裂纹缺陷，而且使钛合金表面具有良好的减摩润滑作用，显著改善了钛合金基材的耐磨性能；再经喷丸强化处理，使钛合金基材的微动疲劳抗力显著提高。     

喷丸强化对20CrMnTi渗碳齿轮组织和性能影响

采用强力喷丸工艺对20Cr Mn Ti钢渗碳齿轮试样进行了表面强化处理。利用硬度仪、X射线应力分析仪、表面粗糙度仪、X射线衍射仪和扫描电镜,分别测试分析了试样处理前后的显微硬度、残余应力、表面粗糙度、残余奥氏体含量、接触疲劳强度和疲劳断口形貌。结果表明:喷丸强化可显著提高试样表面的残余压应力,残余奥氏体量减少,表层显微硬度增加,表面粗糙度有不同程度增大,接触疲劳强度明显提高。     

激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化处理对Ti-6Al-4V合金表面完整性及疲劳性能的影响。采用表面粗糙度仪、显微硬度计和X射线衍射残余应力仪分别对激光冲击强化前后Ti-6Al-4V合金表面完整性进行了表征。在PQ-6旋转弯曲疲劳试验机上测试了经激光冲击强化处理的Ti-6Al-4V合金107周次条件下的疲劳极限,用扫描电镜分析了疲劳断口形貌,探讨激光冲击强化机制。结果表明,激光功率密度越大,表面粗糙度越小,表面残余压应力和表面硬度值越大,残余压应力层和硬化层深度越深;与原始试样相比,激光冲击强化试样的疲劳极限提高了33.3%,原因是激光冲击强化可以显著降低合金表面的粗糙度,改善合金的表面完整性,产生深层的残余压应力场和表面硬化层,将疲劳裂纹源由表层转移到次表层,有效地抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展,从而提升合金的疲劳抗力。     

喷丸强度对TA15钛合金型材表面完整性影响的数值和实验研究

利用有限元模拟和喷丸实验研究了喷丸强度对TA15钛合金热挤压型材表面完整性的影响规律。对比了由数值模拟和喷丸实验得到的表面粗糙度和残余应力分布结果,验证了所建立的喷丸有限元模型的可靠性;研究了喷丸强度对材料表层显微硬度和微观组织的影响。实验结果表明,喷丸处理在TA15钛合金型材表层产生了最大数值为558~764 MPa且深度为115~151 μm的残余压应力层,材料表层发生塑性变形,位错密度增大,晶粒细化,表层硬度提高,形成了深度为100~150 μm的硬化层,同时表面粗糙度增大。最大残余压应力、压应力层深度和表层硬度随喷丸强度的增大而增大,但强度超过0.188 mmA后增加不明显,材料表面出现裂纹,且在0.222 mmA强度下,材料表面因折叠缺陷而发生残余应力松弛,降低了材料表面完整性。     

1Cr12Ni2W1Mo1V钢等离子淬火后的疲劳行为

采用模拟点蚀坑试样,研究了等离子淬火不同温度回火1Cr12Ni2W1Mo1V钢疲劳裂纹萌生和扩展行为.结果表明,由于等离子淬火的晶粒细化作用和在试样表面引入的残余压应力,提高了末级叶片用钢裂纹萌生抗力.比较两种回火温度试样试验结果,250 ℃回火试样裂纹萌生和扩展抗力均优于540 ℃回火试样.本研究结果为选择合适的热处理工艺提供了理论依据.     

Shot peening and solid lubricating on Ti6Al4V fretting fatigue

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｉａｌｌｏｙｉｓａｋｉｎｄｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｊｅｔｅｎｇｉｎｅ,ａｎｄｓｏｍｅｏｆｔｈｅｍａｒｅａｐｐｌｉｅｄｕｎｄｅｒｆｒｅｔｔｉｎｇｆａｔｉｇｕｅ（ＦＦ）．ＳｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇａｎｄｓｕｒｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇｓｈａｖｅｂｅｅｎｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｎｄｕｒａｎｃｅｌｉｖｅｓｏｆＦＦｓｉｎｃｅ１９７０′ｓ［１］．Ａｍｏｎｇａｌｌｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ,ｓｈｏｔｐｅｅｎｉｎｇｈｏｌｄｓｉｔｓｐｒｉｏｒｉｔｙ．…     

Fatigue life enhancement of aluminum alloy for aircraft by Fine Particle Shot Peening (FPSP)

Fine Particle Shot Peening (FPSP) enhances fatigue properties of aluminum parts for aerospace compared with conventional shot peening (SP). The features of FPSP process are small ceramic media and high velocity of the media flow. Fatigue life of aluminum alloy obtained by FPSP is around one order of magnitude longer than that by SP. And the superior fatigue property unchanged even after anodize for corrosion protection. FPSP creates fine dimples with small surface roughness and high compressive residual stress at very near surface, while SP forms large dimples and high compressive stress inside of the material. The fatigue crack occurred at the subsurface in case of FPSP, while at the surface in case of SP and machined. The fatigue crack initiation at the subsurface is the reason of superior fatigue life by FPSP.     

Influence of Ultrasonic Rolling on Corrosion Resistance of 7075 Aluminum AlloyEI北大核心CSCD

表面纳米化处理是一种有效改善耐腐蚀性能的手段,但受表面粗糙度和残余应力等因素的影响,其相关机制并不清晰。 运用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)研究经超声表面滚压工艺(USRP)处理后 7075 铝合金的组织和性能。结果表明： 经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后,7075 铝合金表面粗糙度减小并且引入了残余压应力。滚压 15 个道次的试样表面能获得平均晶粒尺寸为 52 nm 的纳米晶。相较于未处理试样,经 1 道次和 15 道次 USRP 处理后试样的耐腐蚀性能均显著提高。其中, 滚压 15 个道次试样的耐腐蚀性能提升更为显著。这主要是因为纳米晶可以使材料表面形成更加致密的钝化膜,导致其耐腐蚀性能显著提高,而表面粗糙度降低和引入残余压应力是提升耐腐蚀性能的次要因素。对比分析残余应力、表面粗糙度和表面纳米晶对 7075 铝合金耐腐蚀性能的影响,揭示了 7075 铝合金经表面纳米化处理后耐腐蚀性能提升的机制。     

Surface Layer Investigation of a Shot-Peened Duplex Stainless Steel Utilizing X-ray Diffraction

Distributions of residual stresses and microstructure in the surface layers of shot-peened duplex stainless steel (DSS) S32205 were investigated. The results reveal that both compressive residual stresses (CRS) and microhardness increase with the enhancement of shot-peening (SP) intensity in the surface deformation layers. The maximum value of CRS of ferrite lies in the surface layer but that of austenite locates below the surface layer after SP. SP influence on the microstructure of DSS was studied using x-ray diffraction profiles, and the domain size and microstrain were calculated via Voigt method. After SP, the domain sizes are refined, and microstrain becomes severe at surface layers in both phases. On comparing the calculated results, it is found that the more evident domain size subdivision and the more serious microstrain increase in austenite than those in ferrite are due to the higher work hardening of austenite.     

Influence of cubic boron nitride grinding on the fatigue strengths of carbon steels and a nickel-base superalloy

The influence of cubic boron nitride (CBN) grinding on fatigue strength was investigated on an annealed carbon steel, a quenched and tempered carbon steel at room temperature, and a nickel-base superalloy, Inconel 718, at room temperature and 500 °C. The results were discussed from several viewpoints, including surface roughness, residual stress, and work hardening or softening due to CBN grinding. The fatigue strength increased upon CBN grinding at room temperature, primarily because of the generation of compressive residual stress in the surface region. However, in the case of Inconel 718, this marked increase in the fatigue strength tended to disappear at the elevated temperature due to the release of compressive residual stress and the decrease of crack growth resistance at an elevated temperature.     

界面粗糙度对热障涂层残余应力和裂纹演化的影响

由于残余应力的作用是造成热障涂层失效剥落的主要因素之一,本工作采用不同幅值的正弦曲线来模拟粗糙度对陶瓷层(TBC)-结合层(BC)界面处残余应力分布的影响;以内聚力模型模拟TBC-BC界面,研究了在外加机械载荷作用下粗糙度对界面裂纹萌生和扩展的影响。结果表明,粗糙度对残余应力分布以及裂纹的形核与扩展有很大的影响。随着粗糙度的增大,陶瓷层和结合层靠近界面的波峰波谷处最大拉/压应力也增大。当施加一定拉伸位移载荷时,最大损伤与裂纹首先在幅值最小的波峰波谷处产生。     

表面喷丸强化处理对TC11钛合金疲劳性能的影响

目的改善TC11钛合金的抗疲劳性能。方法采用喷丸表面强化工艺对TC11钛合金进行了表面强化处理,研究了喷丸强化处理、喷丸+二次喷丸强化处理对TC11钛合金试样表面粗糙度、残余应力、显微组织及疲劳性能的影响。结果喷丸处理能够在试样表层引入厚度约230?m的残余压应力场,但同时导致试样表面粗糙度值增加。喷丸后进行表面二次喷丸,试样表面残余压应力值和残余压应力峰值提高,但残余压应力峰值的位置和残余压应力层的厚度变化不大。二次喷丸对试样表面起到一定程度的修复作用,使试样表面粗糙度值降低。喷丸后试样表层组织发生明显的塑性变形,晶粒变细,而喷丸+二次喷丸处理可使试样表层组织得到进一步细化。喷丸处理后,试样的疲劳强度由480 MPa提高至540 MPa,提高了12.5%,二次喷丸使试样的疲劳强度提高至570 MPa,在喷丸的基础上继续提高了5.5%。结论喷丸后对试样表面进行二次喷丸对表层残余应力场的影响不大,二次喷丸主要通过降低试样表面粗糙度值和细化试样表层组织,使试样的疲劳强度得到进一步提高。     

超声滚压工艺研究

超声滚压工艺是一项复合超声冲击强化和滚压于一体的表面强化工艺,其优点是既能得到足够的压力层深度,又能得到较低的表面粗糙度值。研究了不同加工参数对弧高和表面粗糙度的影响,结果表明:步距、静压力和路径规划对弧高和表面粗糙度有着显著的影响,且发现残余压应力分布对于滚压方向敏感,滚压方向的残余压应力比其垂向的残余压应力小。Inconel 718材料经超声滚压强化后的表面粗糙度值可降低至Ra0.1μm,压力层深度可达0.5 mm,且具有较好的热稳定性。     

水射流喷丸对渗碳钢表层组织与裂纹扩展性能的影响

对低碳钢渗碳淬火试样进行表面水喷丸处理,研究水喷丸对渗层表面组织结构及其疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:添加细玻璃丸的水喷丸处理能显著细化表层亚结构,提高小角度晶界密度,并为渗层带来有效的残余压应力。在300 MPa水压及600 mm/min扫描速率工艺下,可实现100 μm左右深度,最高达1244 MPa的残余压应力,其表面粗糙度R_a=0.195 μm。疲劳裂纹速率试验结果显示,经过水喷丸处理后裂纹扩展速率da/dN有增加的趋势,这主要是因为表面压应力形成,增加了心部拉应力,且表层的变形强化降低了裂纹尖端塑性区。     

喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺,该技术利用高速弹丸冲击材料表面,使零件表层产生塑性应变的同时,在表面和内部引入残余压应力,从而使裂纹闭合的能力得到强化,达到延缓裂纹扩展的强化效果。为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响,首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响。从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发,介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系。其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法,并与传统机械喷丸技术相比较,阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点。此外,从数值模拟和试验结果两方面,论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响。最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望,并结合重载车辆的使用需求,强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术,以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展。