DD3镍基单晶高温合金喷丸强化后残余应力的有限元模拟

利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,通过设立局部坐标系和运用三参数Barlat模型建立了DD3镍基单晶高温合金的喷丸强化有限元模型,并对喷丸后的残余应力进行了有限元模拟和实际测试。结果表明:由于镍基单晶高温合金的各向异性,在不同取向上呈现不同的残余应力状态,且同一晶面不同取向的最小残余压应力出现在组成滑移系的晶向上;模拟结果与试验结果吻合较好。     

X射线衍射法测量高温合金波纹管残余应力

X射线衍射法是一种晶体材料残余应力无损检测方法,可快速、精确地对材料局部残余应力进行测量.波纹管是运载火箭管路系统中的关键部件,其成型过程中材料会发生较大变形,由此产生的残余应力对波纹管的疲劳寿命有重要影响.采用X射线衍射法对高温合金波纹管成型前管坯、波纹管成型后和波纹管退火热处理后的残余应力进行了测量,结果表明,高温...     

X射线衍射方法分析粗晶铁硅合金的残余应力

尝试采用Imura等提出的单晶材料残余应力的测量方法来分析拉伸不同程度后粗晶铁硅合金的残余应力,先利用衍射仪测得试样衍射峰的位置后,再根据晶面指数和Imura方法计算出残余应力的大小。结果表明:该方法可以用于粗晶材料残余应力的测定;随着拉伸变形量的增大,各个衍射晶面的半高宽随之增大;当晶面位置参数精度为0.25°、衍射角精度为0.01°时,计算的应力状态基本符合试样拉伸后应力状态的理论值。     

镍基单晶高温合金(001)和(011)晶面的定向切割

为了对镍基单晶高温合金进行不同晶面的定向切割,开发了用普通的X射线衍射仪,通过非对称X射线衍射技术对合金的[001]及[011]取向进行精确测定以及在此基础上对(001)和(011)晶面进行定向切割的方法.结果表明:经过两次定向切割后所得小块单晶体的(001)和(011)晶面偏离试样端面的角度分别为0.4°和0.1°.     

扭杆弹簧表层残余应力X射线衍射测量

表层残余应力值是影响扭杆弹簧疲劳寿命的重要因素。文中利用X射线应力测量仪对两种不同工序安排下的扭杆弹簧表层残余应力值进行了实验测量。测量结果表明，工序安排对扭杆弹簧的表层残余应力影响较大，当把强扭处理作为扭杆弹簧加工的最后工序时，表层残余应力值偏小，且离散度较小，产品质量更稳定。实验结果为分析表层残余应力与扭杆弹簧疲劳寿命之间关系提供了可靠依据。     

镍基高温合金 GH4169电解加工残余应力研究

针对镍基高温合金GH4169材料开展电解加工试验,确定试件在不同电流密度下的材料溶解速度;开展不同深度下的电解加工试验,每溶解10 μm左右的深度,测量残余应力,确定GH4169磨削件的残余应力层深度约为50 μm.为了避免磨削应力层对结果的影响,确定电解加工深度约为180 μm,开展不同电流密度的电解加工试验.检测分...     

DD5镍基单晶高温合金铣削亚表面损伤研究

为探究DD5镍基单晶高温合金铣削亚表面损伤特征,基于定向切割方法及槽铣实验,通过对热处理前后不同铣削参数条件下DD5纵截面微观金相结构的观测及维氏硬度检测,对被加工材料变形层特征和再结晶行为进行研究,并提出了相应的抑制方法。结果表明,铣削参数、冷却方式及晶向条件对DD5表面硬化率具有重要影响,其表面沿法向方向的硬度变化趋势为"硬化—软化—硬化",说明在热软化和应变硬化的竞争机制下铣削变形层是由应变硬化造成的,且该区域发生了金相组织变化,提高了材料的抗腐蚀能力;沿[110]晶向进行切削轨迹规划及采用水基微量润滑对变形层的抑制是有益的;在所设计的各种工艺参数条件下,铣削加工过程无法提供足够的形变储存能来促进DD5在1300℃的传统和真空热处理条件下再结晶的发生。     

具有晶体学各向异性特征的DD5镍基单晶高温合金铣削力建模

为了探究具有晶体学各向异性的DD5镍基单晶高温合金铣削力特征,基于分子动力学仿真、派纳力计算表达式、定向切割方法及槽铣实验,通过对单晶合金铣削变形机理的初步探索,对沿刀具进给方向的铣削力进行了定性建模,并对在(001)晶面上沿不同晶向方向进给铣削槽底表面质量进行了评价.研究结果表明,加工过程中切屑的形成是刀具对滑移面上...     

铣削工艺优化对镍基高温合金加工残余应力分布影响研究

镍基高温合金加工残余应力分布状态对产品质量有显著影响,为实现对残余应力的控制,采用仿真与实验结合的方法,研究了工艺参数、刀具参数以及力-热耦合对镍基高温合金残余应力分布的影响。研究结果表明：切削深度的改变会同时影响径向和切向的残余应力;每齿进给量的改变主要影响进给方向残余应力;当转速提高时,温度场作用变强,材料出现软化效应,铣削合力降低,热应力影响逐渐增强。采用参数组合配比的方法得到了最优的配比方案。发动机叶片零件加工实例表明,提出的基于参数优化配比的方法可有效控制镍基高温合金的加工残余应力。     

DD5镍基单晶高温合金高速铣削判据及切屑毛边成形机理研究

为改善DD5镍基单晶高温合金难加工特性,基于绝热剪切理论,以切削速度为变量,采用单因素实验及有限元仿真方法,提出了高速铣削判据及切屑毛边成形机理。根据切屑锯齿间距和锯齿化程度的测量结果,当切削速度达到37.7 m/min时,切屑自由表面从片层状结构转变为明显的锯齿状结构,由此判断切削进入了高速区。切屑边缘与绝热剪切带交汇处凹槽侧面的应力集中触发了切屑纵向裂纹的形成,而纵向裂纹的扩展引起了切屑横、纵两向应力分布的变化,从而导致切屑横向裂纹的产生;切屑侧面横、纵两向裂纹的形成和扩展是切屑毛边形成的主要原因。随着切削速度的增大,毛边形态由平整的梯形转变为狭长且有缺陷的三角形。相比于传统加工,高速加工有益于切削力的减小及切屑毛边高度和间距的下降,同时可抑制侧向裂纹的扩展。     

钛合金激光冲击强化层的残余应力及显微组织

对TC6钛合金进行了激光冲击强化(LSP),对强化层的残余应力分布进行了测试,应用透射电子显微镜对强化层的显微组织进行了观察。结果表明:TC6钛合金LSP的最佳功率密度为4GW.cm-2,LSP能在材料表层产生高的残余压应力场,表面残余压应力可达530.4 MPa;LSP可在钛合金表层产生高密度位错和纳米晶,纳米晶尺寸在10～100nm。     

TiB_2/Al复合材料喷丸后微区残余应力的有限元模拟

采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件建立了颗粒增强TiB2/Al复合材料的喷丸模型,并对喷丸后残余应力分布进行了预测;然后对复合材料进行了喷丸试验,对残余应力进行了检测;将试验结果与模拟结果进行了对比。结果表明:该复合材料喷丸后残余应力分布的试验结果与模拟结果基本相符;喷丸后最表层部分增强体呈拉应力状态,在材料残余压应力场内,由于增强体和基体材料力学性能的差异,增强体的残余应力值普遍大于基体中的。     

用X射线应力仪测量凸轮轴表面激光淬火相变层的残余应力

利用CO2激光对凸轮轴所用材料QT600-3表面进行了淬火处理试验,并用X-350A型X射线应力仪测定其残余应力分布,分析了残余应力的形成机理.结果表明:经CO2激光淬火后QT600-3的显微组织为隐晶马氏体 石墨,残余应力均为压应力,其值在120 MPa以上,且随着功率的增大而增加;相变层深度随着扫描速率和光斑直径的增加而减小,且随着功率的增大而增加;激光淬火后的材料组织结构比较均匀,有利于提高凸轮轴的使用寿命.     

Numerical Calculation and Experimental Research on Residual Stresses in Precipitation-hardening Layer of NAK80 Steel for Shot Peening

Shot peening can improve fatigue strength of materials by creating compressive residual stress field in their surface layers,and offers a protection against crack initiation and propagation,corrosion,etc.And fatigue fracture and stress corrosion cracking of NAK80 steel parts are improved effectively.Currently there lacks in-depth research in which the beneficial effect of the residual stress may be offset by the surface damage associated with shot peening,especially in terms of the research on the effective control of shot peening intensity.In order to obtain the surface residual stress field of NAK80 steel after shot peening,the samples are shot peened by pneumatic shot peening machine with different rules.The residual stress in the precipitation-hardening layer of NAK80 steel is measured before and after a shot peening treatment by X-ray diffraction method.In order to obtain true residual stress field,integral compensation method is used to correct results.By setting up analytical model of the residual stress in the process of shot peening,the surface residual stress is calculated after shot peening,and mentioning the reason of errors occurred between calculated and experimental residual stresses,which is mainly caused by the measurement error of the shoot arc height.At the same time,micro hardness,microstructure and roughness in the precipitation-hardening layer of NAK80 steel before and after shot peening were measured and surveyed in order to obtain the relation between shot peening strength and surface quality in the precipitation-hardening layer.The results show that the surface quality of NAK80 steel is significantly improved by shot peening process.The over peening effect is produced when the shot peening intensity is too high,it is disadvantageous to improve sample’s surface integrity,and leading to reduce the fatigue life.When arc high value of optimal shot peening is 0.40 mm,the surface quality is the best,and the depth of residual stress in the precipitation-hardening layer reaches to about 450 μm.Numerical calculation is very useful to define the process parameters when a specific residual stress profile is intended,either to quantify the benefits on a specific property like fatigue life or to help on modeling a forming process like shot peen forming.In particular,the proposed parameter optimization in the progress of shot peening and effective control of the surface texture provide new rules for the quantitative evaluations of shot peening surface modification of NAK80 steel.     

高温高频疲劳条件下应力幅值对CMSX-3 单晶合金寿命的影响

研究了镍基单晶高温合金CMSX-3的高温高频疲劳行为，重点探讨了应力幅值对这种行为的影响。结果表明，应力幅值的增加会导致合金高温疲劳寿命的下降及使变形机制改变。     

DD3镍基单晶合金低周疲劳寿命研究

进行DD3单晶合金在680℃温度下[001]、[011]和[111]三种取向的非对称循环载荷低周疲劳试验研究。结果表明：晶体取向对DD3单晶合金的应变疲劳寿命有显著的影响,[001]取向寿命最长,[111]取向寿命最短;用取向函数修正应变幅度可以在很大程度上消除晶体取向对疲劳寿命的影响;通过引入参量是表示非对称循环载荷产生的平均应力对疲劳寿命的影响,它与循环寿命之间呈幂函数关系。对应变幅度、取向函数和参量丘与光滑或缺口疲劳试样的循环寿命进行相关性分析,发现无论是处于单轴应力状态还是复杂应力状态,应用多元线性回归分析方法拟合DD3单晶合金低周疲劳寿命曲线,相关系数最大,效果最好。     

喷丸强化残余应力对疲劳性能和变形控制影响研究进展

作为机械表面强化技术之一,喷丸强化使工件表层发生形变硬化,引入较高的残余压应力,减少了疲劳应力作用下微裂纹的萌生并抑制其扩展,从而显著提高零件的抗疲劳断裂和抗应力腐蚀开裂的能力。基于喷丸残余应力解析计算模型,从余弦函数模型、接触应力模型和球腔膨胀模型三个方面介绍喷丸强化残余应力的产生,进而对喷丸残余应力的仿真预测及影响规律进行论述。为了提高试件疲劳强度而引入的残余压应力会带来影响形位精度的变形,基于此阐述了喷丸残余应力对疲劳性能的影响及其在疲劳过程中的演化,同时论述了喷丸残余应力变形预测及控制的研究现状,最后对喷丸残余应力未来的研究内容与发展方向进行展望。     

X射线法测量铸造支座的残余应力

采用无损X射线衍射技术,利用X-350A型X射线应力测定仪的侧倾固定ψ法测量铸造支座的残余应力,得到铸造支座底部和铸造支座圆柱部位的残余应力值以及一般分布规律。采用标准偏差计算方法得出铸造支座底部和圆柱部位残余应力的取值区间,为今后支座铸造工艺设计、制造、支座结构设计等提供指导,改善热处理工艺。     

铝合金搅拌摩擦焊接头内部残余应力的短波长X射线测试

采用自制的短波长X射线应力分析仪测定了2024-T351铝合金板搅拌摩擦焊接头的内部残余应力分布。结果表明:接头内部的纵向残余应力呈典型的"M"型分布,且高于横向残余应力,应力峰值位于焊缝热机影响区和热影响区交界附近,测试结果与文献报道结果相符。