金属零件表面改性的喷丸强化技术

传统的机械喷丸工艺在工业界已经得到广泛的应用。随着激光技术的发展,出现了一种新的加工工艺——激光喷丸。它们都能改善金属零件表面的机械性能,尤其是在表面产生压缩应力,使零件的抗应力腐蚀等能力大为提高,从而延长零件的疲劳寿命。由于激光喷丸具有形成的残余压应力比机械喷丸深等优势,因而强化效果更佳。     

典型框类零件的喷丸强化工艺优化

为解决长期以来框类零件喷丸强化要求高、加工方法困难的问题，针对典型框类零件制定了新的喷丸强化加工方法。通过分析零件数模，将零件数模各部分外表面按类型进行编号并量化，不同类型的表面按照不同的角度、喷打次数进行喷丸；之后设计喷嘴进给路径，并结合局部表面保护，对设备、夹具和辅助工具和工艺辅料进行选择，结合加工程序，设计零件保护方案。通过工艺优化，零件全部表面均能满足在适合的角度下进行喷丸，表面覆盖率100%满足图纸要求，同时大幅度提高生产效率，为后续该类零件甚至类似零件的生产加工提供了可行且有效的参照。     

叶片类零件表面喷丸强化工艺研究

叶片类零件表面在工作振动过程中容易出现裂纹,通过调整工艺参数,对零件进行喷丸强化。通过应力测试和试片型面尺寸检查,验证喷丸强化工艺在叶片类零件表层可引入残余应力场,增强其抗疲劳断裂的能力,提高零件的可靠性和使用寿命。     

微小弧度壁板零件喷丸工艺研究

以微小弧度壁板零件为研究对象,提出喷丸强化和喷丸成形同时进行的方法,解决了先喷丸成形后喷丸强化导致零件产生变形、先喷丸强化后喷丸成形导致成形困难的问题。所采用的喷丸工艺方法,适用于有喷丸强化要求并需要成形出微小弧度的壁板零件。     

铝合金7075T651高压水喷丸强化工艺试验研究

高压水喷丸强化是金属表面强化的新方法,即利用在水中的高压水射流所产生的气穴效应打击金属零件表面,从而对零件进行表面强化的工艺。基于不同的高压水喷丸强化工艺参数,对航空常用铝合金材料7075T651开展高压水喷丸强化试验,分析了强化试件的表面形貌、表面质量、表面残余应力以及强化层组织结构。结果表明,液体冲蚀过程中会产生气泡多次溃灭现象,由此产生同心圆环形强化区域;喷射压力和喷射距离是影响材料表面质量和残余应力分布的重要工艺参数;高压水喷丸强化后强化层晶体取向发生了改变,晶粒明显细化,为原始组织晶粒度的66.7%。     

1Cr12Ni3Mo2VN钢高频淬火过渡区的喷丸强化和残余应力

采用不同的喷丸工艺,分析了喷丸强度对1Cr12Ni3Mo2VN钢局部高频淬火试样的表面质量与残余应力沿层深变化的影响.研究表明,喷丸一方面在试样表层形成了有益的残余压应力场,另一方面增大了试样表面的粗糙度,喷丸应综合考虑两者的影响;对于试验所用的材料和热处理状态,喷丸强度为0.5A的喷丸工艺优于喷丸强度为0.4A和0.6A的喷丸工艺.     

湿喷丸强化对TC4钛合金表面状态及疲劳性能的影响

采用陶瓷湿喷丸强化技术对TC4合金进行表面改性处理,研究湿喷丸强度对钛合金表面状态及拉拉疲劳寿命的影响规律。结果表明,湿喷丸强化在材料表面引入残余压应力场,随喷丸强度增加残余压应力层变深。喷丸强度为0.1~0.2 mmN时,材料表面机加工痕迹得到有效去除,且表面粗糙度降低。湿喷丸强化后,材料表层位错密度增加,晶粒细化。湿喷丸强化能够明显改善TC4合金疲劳性能,改善效果和喷丸强度间不是单调关系,即存在最优喷丸工艺参数。在喷丸强度0.3 mmN条件下,疲劳寿命是基材的1.93倍,改善效果最明显。     

无损应力测试在表面喷丸耐热钢主轴中的应用

对1Cr12Ni3Mo2VN马氏体耐热钢主轴试件在热处理后引入几种表面喷丸处理工艺,借助无损残余应力测试手段分析了喷丸强度、喷丸角度、喷丸时间、喷料粒度和组合喷丸等工艺参数对试件表层残余应力分布的影响。结果表明,喷丸强度、角度、时间和喷料粒度对提高表层残余应力峰值、应力峰深度与应力影响深度有利,而喷丸强度过大、喷丸时间过长则表面残余应力有降低趋势;采用组合喷丸工艺可改善影响喷丸效果的若干特征。     

TC4钛合金摇臂表面完整性研究

本研究采用航空发动机TC4摇臂件为研究对象,对其开展振动光饰和喷丸强化,研究对比了零件的表面毛刺、刀痕波纹、棱角倒圆、表面粗糙度、表面残余压应力水平的变化,分析了两种不同工艺对零件表面完整性的影响。结果表明:喷丸强化和振动光饰均能提高零件的表面残余压应力,且效果显著;振动光饰能有效降低零件的表面粗糙度,提高表面光度,但功效与工艺中的磨粒大小、形状和时间有关;合理的喷丸强化和振动光饰对提高零件的表面完整性有明显作用。     

金属板料的机械喷丸成形与激光喷丸成形技术

机械喷丸成形和激光喷丸成形是两种喷丸成形技术，用于成形外形变化平缓的蒙皮类镀金零件。论述了这两种喷丸成形技术的原理、特点和发展趋势，并对它们的工艺参数进行了分析和比较。     

残余应力分析在热强不锈钢轴中的应用

针对1Cr12Ni3Mo2VN热强不锈钢主轴工作在高速、中温、腐蚀环境中易发生的表面裂纹萌生与扩展问题,在热处理后引入几种表面喷丸处理工艺,并模拟真实工况,通过无损残余应力测试手段检验其喷丸处理的效果。结果表明,喷丸强度过小或过大均不利,合理选择喷丸工艺则试件的疲劳寿命可得到有效延长。     

40Cr钢喷丸处理工艺的优化研究

40Cr钢经840℃油淬+500℃回火后制备三点弯曲疲劳试样,在旋转弯曲疲劳试验机上测定不同喷丸处理及喷丸后磨削处理的试样在应力比R=0.05条件下2×107循环周次的表象疲劳极限。结合试样表面残余应力分布及疲劳源的位置,分析其变化规律,用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对此作了合理清晰解释。探讨了喷丸工艺优化问题,并指出对一些零件应在喷丸后进行磨削处理。     

二次喷丸42CrMo钢表面完整性的数值模拟研究

目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型,并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中,构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。结果二次喷丸后,42CrMo钢零件近表层(0～100μm)的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的提升作用最为明显,最大可比初始状态提高63.3%,而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果最不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加,提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度,覆盖率为300%时,粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加,但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后,表层PEEQ值会趋于饱和。结论二次喷丸预测模型揭示了二次喷丸参数与42CrMo钢零件表面完整性之间的影响规律,为二次喷丸的工业应用提供了一定的参考意义。     

直齿齿轮类零件的喷丸工艺试验

以某公司零件的喷丸工艺开发为切入点,在模拟直齿齿轮的阿尔门试片工装的研究设计下,完成了直齿齿轮类零件喷丸工艺试验,保证了齿面与齿根喷丸状态与残余应力的一致性,为后续喷丸工艺开发提供了新思路.     

弯扭复合变形整体壁板喷丸成形工艺研究

为了获得实用的机翼整体壁板喷丸成形工艺数据,建立了喷丸成形板件的弯曲半径、弦向型面波浪度和展向母线直线度与成形工艺参数之间的关系,分析了弹丸速度、喷丸条带间距、试件厚度、施加的预应力等主要工艺参数对具有弯扭复合变形的整体壁板零件喷丸成形的影响规律;针对喷丸成形的球面变形现象,介绍了几种克服这一问题的技术措施,如条带喷丸、预应力喷丸等.研究表明,改变喷丸条带的间距及毛坯板料的厚度对试件弦向型面波浪度及展向母线直线度的影响效果相反;提高弹丸速度将增加喷丸成形的曲率,但在较高转速下提高叶轮转速对增加试件的变形程度影响不大;预应力喷丸成形方式是增加壁板弦向弯曲曲率及改善展向母线直线度的有效措施.     

40Cr钢喷丸处理工艺的优化研究

40Cr钢经840℃油淬+500℃回火后制备三点弯曲疲劳试样,在旋转弯曲疲劳试验机上测定不同喷丸处理及喷丸后磨削处理的试样在应力比R=0.05条件下2×107循环周次的表象疲劳极限.结合试样表面残余应力分布及疲劳源的位置,分析其变化规律,用疲劳裂纹萌生的微细观过程理论对此作了合理清晰解释.探讨了喷丸工艺优化问题,并指出对一些零件应在喷丸后进行磨削处理.     

喷丸强化对TC4-DT钛合金组织性能的影响

研究了喷丸强化对TC4-DT钛合金材料组织的强化效果;采用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析材料喷丸强化层.分析研究了喷丸强化处理前后的显微硬度和表面粗糙度.结果表明,随喷丸强度增大,材料表面塑性变形程度增大,喷丸强化表层有大量高密度位错和变形带;硬度和粗糙度都随喷丸强度的增加而增大.     

喷丸成形弹坑尺寸对2324铝合金疲劳性能的影响

定性和定量分析喷丸成形弹坑尺寸对 2324 铝合金疲劳性能的影响,研究改善喷丸成形零件疲劳性能的工艺方法。 采用白光干涉仪测试不同喷丸成形工艺下的弹坑尺寸,测试分析其对应的轴向拉伸疲劳寿命。 结果表明:喷丸能量越大,则弹丸深度(H)越大、弹坑直径(R)也越大,喷丸成形后再进行喷丸强化处理,则弹坑直径增大 19%,弹坑深度减小 58%。 喷丸成形引入深弹坑使疲劳裂纹源过早的形成和发展,造成预拉伸处理的喷丸成形上限试样疲劳寿命降低 61%,成形上限+喷丸强化试样疲劳寿命比仅喷丸成形试样提高 140%。 H/ R 值与机械加工状态试样平均疲劳寿命(L0 ) / 喷丸状态试样平均疲劳寿命(L)值呈现较好地线性关系,说明 H/ R 值可较好的表征喷丸成形造成的表面应力集中程度。     

TA15钛合金喷丸强化

为研究喷丸工艺对钛合金材料的强化效果,对TA15钛合金进行喷丸强化实验,并分别在手持式粗糙度仪和液压伺服疲劳试验机上测试了材料强化后的疲劳寿命及表面粗糙度。研究发现,喷丸强化能提高TA15钛合金的疲劳寿命,在弹丸S280、喷丸强度0.15mmA～0.2mmA条件下,可获得相对最好的疲劳性能。强化后的试样表面粗糙度与疲劳寿命的关系表明,较好的表面粗糙度可以获得较高的疲劳寿命,说明表面粗糙度是影响TA15钛合金材料疲劳寿命的因素之一。研究结果对TA15钛合金材料的喷丸强化工艺设计,具有指导作用。     

激光定向能量沉积与喷丸复合工艺成形性能研究

激光定向能量沉积与喷丸复合增材工艺,是以逐层喷丸的形式将喷丸表面强化原理与增材制造原理相结合,以达到降低工件缺陷和消除拉应力目的的一种复合工艺。比较该工艺机理与激光定向能量沉积工艺成形FeCrNiBSi合金试样的加工性能与质量,结果表明：复合工艺可将成形件表面的拉应力转变为压应力;与激光定向能量沉积工艺相比,复合工艺成形的试样密度提高了8.83%、表面粗糙度值降低了35.7%、拉伸强度与屈服强度分别提升了12.13%和53.24%。