结构陶瓷磨削表面的残余应力

本文应用Ｘ射线衍射法就几种常用结构陶瓷磨削表面残余应力的形成机理，状态特征与磨削用量的关系进行实验研究。结果表明：磨削表面的残余应力由毛坯表面层原始应力σ０和磨削残余应力Δσ两部分组成。σ０受陶瓷材料、毛坯形状及烧结工艺的影响有较大的变化，Δσ的大小及拉压特性取决于陶瓷的磨削过程特征和磨削温度。     

超声磨削氧化锆陶瓷表面相变与残余应力特征实验研究

针对氧化锆陶瓷的易相变特点,通过对ZTA陶瓷和纳米氧化锆陶瓷进行对比实验,研究了氧化锆陶瓷磨削表面相变特性,分析了磨削表面的残余应力特征.实验结果表明,亚稳态四方相氧化锆的含量以及磨削应力是诱发氧化锆陶瓷产生马氏体相变的主要因素;陶瓷磨削过程中,砂轮的磨削深度越大、磨粒粒径越大,在材料基体中产生的磨削应力越大,从而马氏体相变率增大;纳米氧化锆陶瓷磨削表面产生的残余压应力值大于ZrO2增韧Al2O3(ZTA)陶瓷.通过分析磨削参数对残余应力的影响,验证了马氏体相变可在一定程度上促进残余压应力的产生,从而提高磨削表面的质量.     

磨削残余应力的有限元计算

本文以ＧＨ３３Ａ高温合金为例，用有限元法分析计算了磨削残余应力。在计算时，考虑了形成残余应力的两个主要条件－－磨削力及磨削温度，还考虑了磨削温度对材料性能（弹性模量Ｅ、线胀系数ａ、屈服强度σｓ）的影响，因而使计算结果接近实际情况。     

氮化硅陶瓷磨削表面残余应力的测试与计算

利用X射线衍射应力分析的sin2 ψ法测量、计算出氮化硅陶瓷试样的残余应力。分析表明 ,经平面磨磨削后的气压烧结氮化硅陶瓷试样表面存在的残余应力为拉应力 ,而再经过表面抛光处理 ,则可以适当地降低表面残余应力。     

立方氮化硼砂轮磨削电瓷瓷套残余应力分析

采用立方氮化硼砂轮磨削电瓷瓷套表面,用X射线衍射法(XRD)分析了其表面所产生的残余应力.结果表明:经立方氮化硼砂轮磨削后电瓷瓷套表面所产生残余应力为拉应力,大小为165.1MPa.电瓷中成分较为复杂(含有玻璃体、多晶体和少量气孔相),主晶相为刚玉(Al2O3Mg2+离子主要存在于玻璃体中,并不固溶于晶相.由于电瓷表而的残余拉应力往往会造成其断裂强度下降,从而导致电瓷瓷套表面容易出现裂纹、崩边和豁口等现象,所以有效控制和降低电瓷表面磨削残余应力就显得非常重要.     

陶瓷金属接头残余应力分析的后处理

以陶瓷与金属的连接为例，介绍了利用有限无法进行接头残余应力计算的基本思想和步骤。在计算结果后处理中，可以用残余应力值分布及残余应变能两种方式来描述接头的残余应力状态。前者常常用来估计裂纹的发生和扩展、中间层的作用、中间层厚度对接头残余应力场的影响以及接头几何形状对残余应力场的影响；后者则可直接用来估算接头抗剪强度。在解决实际工程问题时，如果将二者有效地结合起来，将会使分析更加全面、准确。     

工程陶瓷磨削表面残余应力的测量新方法

磨削加工后工程陶瓷零件表面会产生残余应力。X射线衍射法是用来测量磨削加工后工程陶瓷中残余应力的可靠测量手段。传统的X射线衍射法称之为sin^2ψ法，通常只能测量工件表层的残余应力；本文介绍了一种残余应力测量新方法，该方法联合使用sin^2ψ法和掠入射X射线衍射法从而得到残余应力在试件中的深度分布。如果考虑X射线的折射，在一系列掠射角下采集到的X射线衍射花样的有效穿透深度和衍射角必须进行折射校正。最后，用这种方法得到的残余应力值是X射线照射的所有层的平均值。     

预应力磨削表面残余应力的研究

本文对45号钢退火试件预加拉伸应力进行磨削试验,结果表明可使试件表面获得残余压应力,从而为控制和调整已加工表面残余应力提供一条新的途径。     

磨削残余应力的有限元计算

本文以GH33A高温合金为例,用有限元法分析计算了磨削残余应力。在计算时,考虑了形成残余应力的两个主要条件——磨削力及磨削温度,还考虑了磨削温度对材料性能(弹性模量E、线胀系数α、屈服强度σ_s)的影响,因而使计算结果接近实际情况。     

Simulation of Strength Distribution in Ground Ceramics by Incorporating Residual Stress Effect

Strength of ground ceramics may be affected by residual stress as well as surface flaws induced by grinding. Strength prediction for ground ceramics is convenient for mechanical design of ceramic components. In this article, a numerical procedure based on fracture mechanics was proposed to estimate strength distribution of ground ceramics by considering grinding-induced residual stress. Bending strength and residual stress of ground ceramics were measured for three grinding-conditions. By comparison of simulated results with experimental ones, it was revealed that strength characteristics in experiments were well simulated by using the proposed procedure.     

表面抛光对工程陶瓷磨削断裂强度的影响规律

断裂强度受到磨削表面微观形貌和残余应力场分布的影响。对Si3N4、SiC和Al2O3陶瓷材料实施平面磨削后,用金相显微镜、表面轮廓仪和X射线应力测试仪研究陶瓷机械抛光前后表面微观形貌、粗糙度、残余应力与工件磨削断裂强度的关系。结果表明:经无水乙醇润滑抛光后SiC陶瓷具有平滑的表面微观形貌、较低的表面粗糙度和残余应力;反应烧结的Si3N4、SiC和Al2O3陶瓷磨削并抛光20min后的断裂强度幅度依次为6.64%、8.18%和6.58%;适当的抛光时间能降低陶瓷磨削表面应力集中程度及残余拉应力,使陶瓷的断裂强度得到一定提升。     

氮化硅陶瓷磨削热特性与表面成形机制

目的探究氮化硅陶瓷磨削热特性与热特性对表面成形的影响。方法首先,通过反求法得出传入工件、磨屑与砂轮的热量分配比公式;其次,使用K型热电偶和测力仪得到磨削参数与磨削区温度和热量分配比的关系;最后,通过对磨削表面形貌和粗糙度的检测寻找出最优磨削质量时的温度范围。结果砂轮线速度由25 m/s增加到50 m/s时,磨削温度由256℃增加到819℃,传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由82.4%减小到64.4%、12.1%增加到24.3%、5.5%增加到11.3%。磨削深度由5μm增加至30μm时,磨削温度由289℃增加到869℃,传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由76.1%减小到53.9%、17.3%增加到30.3%、6.6%增加到15.8%。工件进给速度由2000 mm/min增加到7000 mm/min时,磨削温度由772℃减小到513℃,传入砂轮、工件与磨屑的热量分配比分别由71.1%增加到78.3%、21.1%减小到11.7%、5.8%增大至10.1%。随着磨削温度由256℃增加到869℃时,表面粗糙度先由0.2708μm减小到0.2472μm,后增加至0.3182μm。采用定速比磨削可使磨削温度降低25～127℃,减少传入工件的热量分配比。结论适当的高温有利于表面塑性变形的形成,表面质量提高,但温度过高时会形成热裂纹,温度在489～662℃之间,表面质量最好。在提高砂轮线速度的同时,可适当增加进给速度,以达到降低磨削温度,减少传入工件热量与增加磨削效率的目的。     

焊缝强度不匹配对残余应力的影响

基于热弹塑性有限元法,开发顺次耦合焊接残余应力计算程序,对Q345R钢焊接残余应力进行分析,讨论焊缝强度不匹配对残余应力的影响.结果表明,焊缝强度对残余应力影响较大.当焊缝屈服强度与母材相同时,焊缝纵向残余应力高达屈服强度.当焊缝屈服强度高于母材强度时,焊缝纵向残余应力高达屈服强度,热影响区纵向残余应力高于母材屈服强度.且随着焊缝强度增加,热影响区纵向残余应力增加.     

挤压成形制备多孔氮化硅陶瓷

以甲基纤维素作粘结剂配制氮化硅泥料,利用柱塞式挤压模具通过挤压成形法制备多孔氮化硅陶瓷.研究了挤压、干燥、排胶、烧结等各个工艺阶段坯体的开气孔率、体积密度、弯曲强度、显微结构及相转变等的变化规律.结果表明:挤压成形是制备多孔氮化硅陶瓷的一种有效而实用的方法.最后利用蜂窝陶瓷模具,首次成功挤出具有广泛应用前景的氮化硅蜂窝陶瓷.在未来的汽车尾气处理领域,有望取代当前广泛使用的堇青石材质蜂窝陶瓷.     

热处理和磨削工艺对渗碳淬火汽车齿轮残余应力的影响

研究了渗碳热处理过程中淬火冷却和回火状况以及磨削加工对渗碳淬火汽车齿轮表面残余应力的影响.研究表明,充分淬火冷却有利于提高表面残余压应力,正确的磨削工艺不改变残余应力的分布,但过多的磨削热会导致在次表层产生高的拉应力.     

氮化硅基多孔陶瓷的孔隙结构控制

氮化硅多孔陶瓷的孔隙率、孔径的调节与孔隙结构的控制主要是通过改变粉料颗粒配比、料浆浓度、成形密度和烧结工艺来实现的,得到的材料多以β-Si3N4为主相,对α-Si3N4多孔陶瓷材料的研究较少。本实验以磷酸锆为结合剂并添加不同成孔剂低温常压烧结制备以α-Si3N4为主相、孔隙可控的氮化硅基多孔陶瓷,孔隙率范围30%~70%,抗弯强度16~108MPa。     

残余应力的本质及其调整

残余应力是各种加工工艺产生的一种现象,是能量储存不均匀造成的,是材料内部不均匀塑性变形的结果,其本质是晶格畸变,而晶格畸变很大程度上是由位错引起的。根据等直纯弯曲梁建立了残余应力的力学模型,探讨了残余应力调整的方法。     

MoSi2涂层残余应力和结合强度的有限元分析

目的研究残余应力对MoSi_2涂层结合强度的影响。方法基于粉末包渗法(PC)制备的MoSi_2涂层在退火前后的微观形貌和相组成,建立有限元分析模型,计算MoSi_2涂层在退火前后的残余应力。根据涂层法向和切向残余应力随涂层厚度的变化,并结合涂层在退火前后结合强度随涂层厚度的变化规律,研究残余应力对涂层结合强度的影响。结果有限元模拟结果表明,MoSi_2涂层的法向残余应力随涂层厚度的增加而减小。涂层的切向残余应力在涂层界面边缘处形成应力集中,并且最大切向残余应力随涂层厚度的增加而增大,与涂层结合强度的变化趋势相吻合。此外,退火后,MoSi_2涂层的法向残余应力几乎没有变化,但是最大切向残余应力下降了10%左右,结合强度提高了20%左右。结论粉末包渗法(PC)制备的Mo Si_2涂层的结合强度受切向残余应力的影响,涂层切向残余应力增大,导致涂层结合强度降低。退火处理能够起到有效改善涂层界面切向残余应力集中的作用,对于提高涂层结合强度有明显的效果。