温度辅助激光冲击强化对GH4169合金力学性能的影响

利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5 J的Nd:YAG纳秒脉冲激光器对GH4169合金试件进行了常温激光冲击强化处理和温度辅助激光冲击强化处理;采用X射线衍射仪和HV-1000显微硬度计测量了强化处理前后试件的表面残余应力与表面显微硬度。实验结果表明:经激光冲击强化与温度辅助激光冲击强化处理后,试件表面引入了一定数值的残余压应力,同时表面显微硬度得到提高;但在残余压应力和显微硬度数值方面,经温度辅助激光冲击强化处理的试件均比常温激光冲击强化处理的试件要大,且随着辅助温度的增加,试件的表面残余压应力和表面显微硬度值均呈增加趋势。因此,在一定的温度范围内,采取温度辅助激光冲击强化的方式对GH4169合金进行处理,可以获得比常温激光冲击强化处理更好的强化效果,同时适当提高强化温度,在一定程度上可以进一步提高GH4169合金的强化效果。     

微槽刀具切削GH4169的工件表面完整性研究

针对如何改善零件的已加工表面完整性,提高零件的服役能力,文章基于温度场形状开展切削GH4169的刀具前刀面微槽设计研究,设计并制备了新型微槽刀具,并将原刀具和微槽刀具加工后的工件表面完整性进行对比试验研究,结果表明:微槽结构改变了刀具的平衡力系,使其切削力和切削温度降低,进而使得在推荐切削参数下,使用微槽刀具切削的表面质量优于原刀具,粗糙度降低了22.96%,残余拉应力降低了30.7%,工件表面显微硬度随切削速度的增加而加剧,且微槽刀具切削后的工件硬化程度和深度均有所降低。     

GH4169镍基高温合金砂带磨削表面完整性分析

采用恒压力堆积磨料砂带磨削方法对GH4169镍基高温合金进行磨削,能够实现磨削过程的压力控制,减少磨削过程中切削力的变化对磨削特性的影响。通过正交实验法对镍基高温合金材料试件进行磨削实验,根据极差分析结果得到了材料表面粗糙度的最优磨削工艺参数。实验结果表明:当磨削压力为60 N、振动频率为1 Hz、砂带线速度为34 m/s时,表面粗糙度R_a为0.072 μm,达到最优值。同时,这也验证了该方法在磨削GH4169高温合金时的可行性,为生产中磨削参数的选择提供了实验依据。      

GH4169电解磨削加工试验研究

采用电解液从阴极内孔直接喷射到工件加工表面的内喷射供液方式,对GH4169镍基高温合金开展电解磨削加工试验研究。结果表明:在相同工艺参数下提高进给速度,不仅能提高材料去除率,还能降低过切量和表面粗糙度值;加工电压、电解液温度、电解液压力、金刚石目数对最大进给速度具有重要影响。     

车削速度对GH4169加工表面完整性的影响

加工表面完整性对材料的服役性能有着重要的作用。使用陶瓷刀具,对高温合金GH4169进行车削加工,分析不同车削速度对表面完整性各特征参量的影响,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和XRD等仪器对表面微观结构、显微硬度和残余应力进行观测。结果表明:表面粗糙度随切削速度的增大而减小;加工表层存在滑移,且有明显的加工硬化现象,表层显微硬度随着车削速度的增大呈现增大趋势;轴向表面残余应力均为拉应力,且随着车削速度的增大拉应力先增大后减小,原因在于当速度增大至一定程度时,热量短时间内无法传递到工件内部,导致热效应的作用效果减弱。     

超声辅助磨削GH4169高温合金工艺研究

针对GH4169高温合金的难加工性、砂轮磨损严重导致的加工表面质量差、效率低等问题,引入超声辅助磨削加工技术,分析了主轴转速、进给速度、磨削深度、超声振幅对磨削力、砂轮磨损及表面形貌的影响.结果表明:超声辅助磨削能有效降低磨削力并有助于延长砂轮使用寿命;获得了超声对材料去除方式、砂轮磨损行为的影响机制,对指导GH416...     

GH4169、GH4169plus和GH4738高温合金组织稳定性

为了获得不同沉淀硬化相作用的高温合金在高温长期时效过程中的组织稳定性的对比规律,对3种应用最为广泛的高温合金GH4169、GH4169plus、GH4738经720℃时效后的显微组织和硬度变化进行了对比分析。结果表明,合金的组织稳定性与晶界相和弥散强化相有关,晶界碳化物较晶界δ相稳定,γ'相较γ″相有更好的稳定性,但同为γ'相,组织稳定性还与其和基体的错配度有关。对比3种合金,随时效时间的延长,GH4169plus合金的稳定性稍次于GH4738合金,但要优于GH4169合金。     

热处理对GH4169合金组织及硬度的影响

研究了不同固溶和时效工艺对GH4169合金组织及硬度的影响。结果表明,固溶温度为900～1000℃时,GH4169合金的微观组织无明显变化,硬度随固溶温度的升高略有下降。1050℃以上固溶时,随着固溶温度的升高和固溶时间的增加,再结晶晶粒迅速长大,同时硬度也显著下降。1100℃固溶45 min后再结晶完成,硬度也基本不变。时效温度和时效时间对GH4169合金中的强化相析出有显著影响,表现为硬度的显著差异,720℃时效16 h后GH4169合金的硬度达到最高。     

GH4169合金表面氧化色变化行为研究

针对不同温度和时间加热后的GH4169合金试样表面氧化色变化行为进行分析,对试样表面氧化色图片的采集、描述方法进行探讨,并对试样硬度随加热时间的变化进行了研究。结果表明：400～850℃加热后的GH4169合金试样表面均有金属光泽,颜色变化较丰富且与加热温度和时间之间具有一定的对应关系;900～1200℃加热后的试样表面颜色差别不大,均无金属光泽并呈灰黑色;在加热时间相同的情况下,400～800℃加热后的试样硬度值差别不大,850～1200℃加热后,随加热温度的升高试样的硬度值下降较明显;根据试样实际情况,结合试样表面颜色、状态及硬度值的变化可以为判断其经历的温度环境提供可靠的判据,在试样表面具有金属光泽且硬度值差别不大时主要以表面颜色和状态为依据,试样表面无金属光泽且呈灰黑色时则以硬度值为主要判据;此外,采用规范的图片采集过程,利用设计印刷标准色谱对表面氧化色的定量分析和UV加膜印刷技术能够较好地描述合金表面颜色的变化及存在的微小差异。     

SG砂轮磨削镍基合金GH4169砂轮磨损机理与磨削性能的实验评价

目的 减少磨削镍基合金GH4169过程中砂轮磨损和堵塞现象,提高工件表面质量.方法 采用WA和SG砂轮磨削镍基合金GH4169,通过观察磨削前后砂轮表面微观形貌,研究两种砂轮表面材料粘附、堵塞以及磨粒破碎等主要磨损机制.从磨削力、工件表面形貌、磨削比能3个方面评价两种砂轮的磨削性能,并探究磨削参数对砂轮磨削力、工件表面形貌、磨削比能的影响规律.结果 在去除相同体积材料时,SG砂轮的磨削力较小,所消耗的能量较WA砂轮低21.5％,SG砂轮所加工工件表面的粗糙度明显低于WA砂轮所加工工件表面的粗糙度,两者表面粗糙度差值均在1μm以上.SG砂轮表面材料粘附现象较轻,WA砂轮表面出现了大面积的材料粘附,造成了砂轮堵塞.结论 SG磨粒因内部致密的微小晶粒所决定的微破碎机制,使SG砂轮在磨削镍基合金GH4169过程中保持了锋利的磨削刃,减少了砂轮表面的材料粘附,同时也获得了良好的工件表面质量.另外,SG磨粒较WA磨粒具有更佳的力学性能,使其在去除相同体积材料时所消耗的能量更少.     

超声椭圆振动磨削ZTA的表面完整性研究

针对改性氧化铝(ZTA)陶瓷的超声椭圆振动磨削,给出了磨粒的切削轨迹模型,讨论了其对加工精度的影响.通过试验获得了椭圆超声振动磨削对ZTA陶瓷的表面形貌的影响.被加工表面上可以观测到晶粒细化现象,几乎没有破碎发生,表明材料去除模式主要为塑性去除;与普通磨削的对比试验表明,表面粗糙度降低约30～40%.X-射线衍射分析表明被加工表面的相结构主要为α-Al2O3,和t-ZrO2,以及少量的m-ZrO2;普通磨削和超声椭圆振动磨削的表面上都观察不到非晶相.试验结果表明,ZTA的非弹性变形去除对表面完整性有重要影响.     

基于响应曲面法的CFRP超声振动辅助磨削工艺参数优化

针对CFRP加工表面高质量和高效率相矛盾的问题,利用响应曲面法建立三维表面粗糙度S_a和表面损伤层深度D_d的二阶回归模型,并采用遗传算法进行多目标优化,获得小的S_a、D_d和最大的材料去除率V_MRR。结果表明:S_a和D_d的回归模型显著、可靠性好,其中进给速度v_f对S_a和D_d的影响最显著,磨削深度a_p、主轴转速n和超声振幅A的影响次之。响应曲面分析结果显示:n?A、v_f?a_p以及v_f?A之间的交互作用对S_a影响显著;n?A、v_f?A、v_f?a_p以及a_p?A之间的交互作用对D_d影响显著。在S_a、D_d和V_MRR权重占比分别为1/5、1/5和3/5的条件下,与中心点结果相比,优化后的S_a降低了11.01%,D_d降低了10.08%,V_MRR提高了62.02%。且在优化工艺参数下的S_a和D_d的试验值与预测值的相对误差绝对值分别为8.25%和9.41%,表明预测模型准确性较高,可用于CRFP超声振动磨削的工艺参数优化和预测。      

激光刻蚀法制备GH4169超疏水表面及性能研究

采用光纤激光打标机在GH4169基底上刻蚀出微观结构,并通过在1.0%氟硅烷(FAS)乙醇溶液中改性降低表面能制备GH4169超疏水表面。该超疏水表面能达到接触角大于160°且滚动角小于10°。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、接触角测量仪对样品的微观结构、元素组成及润湿性进行表征和分析。采用单因素实验探究光纤激光打标机的扫描频率、功率以及速度对GH4169表面润湿性的影响规律,并对制备出的超疏水表面的粘附性和自清洁性进行了测试。     

微晶刚玉砂轮缓进给磨削镍基高温合金GH4169及花键研究

镍基高温合金GH4169作为一种典型的难加工材料,已被广泛应用于航空发动机各类零部件。微晶刚玉砂轮以其优异的自锐性正被逐渐用于磨削加工航空材料。为优选加工高温合金涡轮轴花键的砂轮,使用SG、5SG和TG三种磨料的微晶刚玉砂轮开展高温合金缓进给磨削试验,研究磨料种类对磨削力、磨削温度和表面粗糙度的影响规律。研究结果表明:缓进给磨削高温合金GH4169时,5SG磨料微晶刚玉砂轮的磨削力和温度最小,TG磨料砂轮次之,SG磨料砂轮最大。三种磨料砂轮磨削后的工件表面粗糙度值R_a均在0.3 μm以下。最后,选用5SG磨料微晶刚玉砂轮加工高温合金花键样件,各项检测结果均能满足指标要求。      

Research on the surface characteristics in ultrasonic grinding nano-zirconia ceramics

Nano-ceramics possesses ascendant mechanical property and physical characteristics contrast with traditional engineering ceramics, and its machining with ultrasonic assistance has been considered as one of the most efficient methods. In the present paper a novel ultrasonic grinding vibration device has been designed and the theoretical models of surface roughness was created for ultrasonic vibration grinding. The influences of grinding parameters on surface roughness were tested. According to the experimental data and AFM pictures, the microsurface characteristics and the critical ductile depth of cut with/without ultrasonic assistance was analyzed. It has been discovered that the critical ductile depth of cut is larger than that in common grinding and than that of traditional ZrO₂ engineering ceramics. The experimental results showed that machining nano-ZrO₂ ceramics with ultrasonic assistance by nano-class scale is feasible.     

On tool wear and its effect on machined surface integrity

This paper presents the results of an investigation of induced residual stress, induced strain, and induced subsurface energy in machined surfaces due to the machining process. The influence of tool wear on residual stress, strain, and energy is also reported. The exact elasticity solution for a split ring was extended and used to calculate the residual stress in the machined surface by using ring dimension changes caused by the electrochemical removal of a thin layer of residually stressed surface. The strain distribution beneath the machined surface was determined by using the grid technique. The subsurface energy stored in the machined surface was then obtained from the data of residual stress and strain. For the materials studied, this investigation showed that such energy could not be neglected when establishing the total energy needed for machining a unit volume of material. Tool coatings having different surface roughness and tools having various magnitudes of flank wear were investigated. The experimental results show that tool wear is a dominant factor affecting the values of induced residual stress, strain, subsurface energy, and the quality of the machined surface. The increase of tool wear caused an increase of residual stress and strain beneath the machined surface. It was also found that the overall energy stored in the machined subsurface increases as the tool wear increases and as the tool surface gets rougher. When the cutting tool is severely worn, the machined surface not only becomes very rough, but also contains many partially fractured laps or cracks. This makes tool wear a key factor in controlling the quality of the machined surface.     

GH4169合金的研究新进展

GH4169合金是沉淀强化型镍铁基高温合金,在航空发动机、石油、核工业等领域已得到广泛应用。以往研究表明,当使用温度超过650℃时,其主要强化相γ"会发生相转变,使强化相的体积分数和强化效应下降,限制了合金在更高温度领域的应用。本研究在总结GH4169合金组织、析出相特征和相关性能的基础上,介绍δ相的析出和分布与合金性能的关系,总结了该合金的成分改性特点,对该合金在700℃甚至更高温度/低应力下长期使用的可能性做出了展望。     

超声辅助磨削专用电源的研制

超声辅助磨削要求超声电源具有稳定的高频输出特性及反应迅速的实时跟踪特性。针对传统超声电源工作频率低、输出功率低、跟踪速度慢等问题,利用STM32F103VET6控制器和直接数字频率合成（direct digital synthesize,DDS）技术,设计并实现专用于超声辅助磨削的具有高频率、高功率和高稳定性的超声电源系统,并采用基于模糊PID（proportion,integral,differential）控制器的频率自动跟踪方法,实现快速准确地频率自动跟踪。使用所设计的超声电源进行电学性能测试及超声辅助磨削加工验证试验,结果表明:所研制的超声辅助磨削专用电源在难加工材料磨削加工中运行良好。