2Cr13钢的疲劳裂纹萌生与扩展行为

通过对2Cr13钢进行疲劳裂纹萌生与扩展速率试验,获得该钢在两种不同调质处理下的疲劳裂纹萌生寿命Ni的回归方程、疲劳裂纹萌生门槛值以及裂纹扩展速率da/dN表达式。结果表明,与970℃淬火+710℃回火×6h工艺相比,2Cr13钢在970℃淬火+640℃回火×5h处理后的缺口疲劳裂纹萌生抗力有所改善;当应力强度因子较低时,在640℃×5h回火时的2Cr13钢的疲劳裂纹扩展抗力稍好一些;当应力强度因子较高时则反之。     

渗碳喷丸后接触疲劳裂纹扩展的几个特性

在接触疲劳试验过程中，对裂纹扩展的失效的全过程进行连续追踪观测发现，渗碳后喷丸影响区内及影响区附近，裂纹的扩展不同于未喷丸试件。这是导致其接触疲劳性能不同的原因之一。     

喷丸强化对H13钢表面完整性的影响

为研究不同强度喷丸对H13钢表面完整性的影响,采用白光干涉仪、显微硬度计、XRD、SEM和EBSD等对喷丸前后H13钢试样的表面粗糙度、硬度、残余应力和表层微观组织等表面完整性进行了表征,并定量分析了未喷丸和经0.33A喷丸的试样表层组织的晶粒尺寸、晶界取向差及织构等的变化规律。结果表明,不同强度喷丸均改变了H13钢的表面完整性。喷丸在提高表面粗糙度和塑性硬化程度的同时引入了具有一定深度的残余压应力层。与未喷丸试样相比,经0.23 A喷丸后H13钢表面粗糙度提高了约152%。随着喷丸强度从0.23 A增大到0.33 A,硬化层深度由100μm增至160μm,残余压应力层深度由200μm增至300μm。H13钢的未喷丸组织的平均晶粒尺寸为950 nm,晶界平均取向差为33.5858°,主要存在强度较弱的{001}100和{110}111型混合织构;经0.33 A喷丸后距表面10μm处的平均晶粒细化至470 nm,晶界平均取向差增至39.0228°,组织中出现了两类{111}uvw和{hkl}110型板织构,且表层晶粒细化层深度达30μm以上。     

预先热处理对H13钢疲劳寿命的影响

进行预先热处理达到提高热作模具疲劳寿命的目的。试验结果表明，经锻造余热淬火和高温回火后，模具的疲劳寿命优于锻造空冷和球化退火者。前者处理后的试样具有较细小，弥散的碳化物。     

预喷丸对H13钢气体渗氮行为的影响

采用质量增量分析、剖面金相分析和显微硬度测量等方法研究了预喷丸处理对H13钢气体渗氮动力学与渗氮层性能的影响。结果表明，预喷丸处理对H13钢气体渗氮有明显的催渗作用，这种催渗作用在白亮层尚未形成的渗氮初期最为明显，随着渗氮温度升高，预喷丸处理的催渗效果显著提高。试验数据还表明，预喷丸催渗所增加的氮原子一方面使渗氮层加深；另一方面使扩散层固溶氮浓度和／或氮化物沉淀相密度提高。测量表明，预喷丸催渗条件下形成的渗氮层的硬度明显高于普通气体渗氮。     

温滚压对H13钢疲劳寿命的影响研究

温滚压是一种将材料加热到再结晶温度之下某一温度并进行滚压的方法。与普通滚压相比,在某些温度下的温滚压可以更好地提高疲劳寿命。本文针对一种常用的热作模具钢——H13钢开展了温滚压的系列实验研究,在搭建温滚压实验平台的基础上,对未滚压工件和在不同温度下滚压的工件进行了疲劳实验。结果表明,与室温滚压相比,200℃下的温滚压能够进一步提升H13钢的疲劳寿命;而350℃时的温滚压在低周疲劳区域起到了优于室温滚压的延寿效果,但在高周疲劳区域延寿效果减弱,随着循环应力水平降低其疲劳寿命甚至会低于未滚压工件。最后进一步分析了温滚压提升疲劳寿命的机理。     

喷丸对H13钢等离子渗氮处理的影响

对经1020℃淬火560℃、610℃和560℃三次回火后的H13钢进行喷丸处理,将喷丸处理后的试样在550℃下等离子渗氮1h.采用光学显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪和X射线衍射仪观察和分析,对比了喷丸和未喷丸试样亚表层的显微结构,等离子渗氮后的渗层深度、截面硬度及表面物相组成.结果表明,在550℃渗氮1h的情况下,喷丸的催渗效果十分明显,喷丸后渗氮层深度从30.4μm增至51.4μm,喷丸形成的高密度胞状位错对催渗起了决定性的作用.喷丸试样的渗氮层与未喷丸试样相比,表面物相的含量不同,表面硬度较高,渗层的硬度梯度稍平缓一些.     

喷丸强化残余应力对AISI304不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响

目的 探究喷丸强化残余压应力对AISI 304不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响规律.方法 建立并联合紧凑拉伸(CT)试样三维有限元模型和对称胞元喷丸有限元模型,发展一套多步骤数值模拟方法.首先,建立AISI 304不锈钢CT试样的三维有限元模型,模拟不同外加交变载荷工况下的疲劳裂纹扩展过程.基于线弹性断裂力学理论,利用裂纹闭合技术,计算不同裂纹长度对应的应力强度因子范围,采用修正的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,并通过试验数据对计算结果进行考核.其次,建立多弹丸分层逐次冲击靶面的对称胞元喷丸有限元模型,模拟100％和200％喷丸覆盖率下的残余应力场,并通过试验数据对该对称胞元喷丸有限元模型的有效性进行验证.最后,将喷丸强化诱导的残余应力场以读写外部文件的方式导入CT试样三维有限元模型,模拟在内部残余应力场和外部交变载荷共同作用下的疲劳裂纹扩展行为.结果 对于相同的喷丸工况,保持外加载荷比不变而减小最大外加载荷,或者保持最大外加载荷不变而减小外加载荷比,喷丸强化诱导的残余压应力对疲劳裂纹扩展的抑制作用愈加显著.对于相同的外加载荷工况,200％喷丸覆盖率工况比100％喷丸覆盖率工况更能有效降低AISI 304不锈钢的疲劳裂纹扩展速率.结论 喷丸强化诱导的残余压应力场能够有效抑制AISI 304不锈钢的疲劳裂纹扩展.     

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。     

稀土元素Ce对H13钢热疲劳性能的影响

对不同Ce含量的H13钢进行1040℃油淬和580℃两次回火处理后进行热疲劳循环试验,采用光学显微镜、扫描电镜及硬度计对不同热疲劳循环次数下试验钢的显微组织、裂纹形貌及硬度进行分析。结果表明,试验钢热疲劳循环后显微组织为回火索氏体,热疲劳裂纹优先在预先处理的缺口尖端处萌生,热疲劳循环过程中出现的氧化凹坑和夹杂物会促使裂纹生成,裂纹不断扩展,宽度增加。稀土Ce对试验钢组织和晶粒尺寸有明显的细化作用,提升试验钢的抗软化能力,抑制热疲劳裂纹的生长,其中最佳稀土Ce含量为0.026%。     

复合喷丸强化对A-100钢旋转弯曲疲劳寿命的影响

对未喷丸、一次喷丸和复合喷丸的A-100钢试样进行了表面形貌、表面粗糙度、残余应力场及旋转弯曲疲劳寿命的测试,研究表面形貌、表面粗糙度、残余应力场和旋转弯曲疲劳寿命的关系,揭示A-100钢复合喷丸强化机理。结果表明：与一次喷丸相比,在表面形貌方面,复合喷丸可获得更为平整的表面形貌和更低的表面粗糙度值,复合喷丸后,Rz值较一次喷丸降低24%~47%;在残余应力方面,复合喷丸的最大残余压应力值、最大残余应力值深度和最大残余应力场深度基本无变化,而近表层（0~100 μm）的残余压应力值增大。表面形貌的改善及残余压应力场是复合喷丸强化效果的两个主要成因。在一次喷丸的基础上,复合喷丸可进一步提高A-100钢的疲劳寿命,且可以在较低的喷丸强度下获得更优的强化效果。在σ_max=1000 MPa,R=-1条件下,其旋转弯曲疲劳寿命较未喷丸试样可提高50倍以上,较一次喷丸试样可提高5倍以上。     

喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响

对比研究了喷丸和喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响,利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力测试仪分析和测试了试样的表面形貌、表层组织、粗糙度、显微硬度、残余应力场,探讨了表面完整性与疲劳性能的内在联系及作用机制。结果表明:复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的改善效果比单独喷丸强化处理更好;复合处理使GH4169高温合金的室温疲劳强度提高了21.6%;500℃预加热100 h处理使复合强化GH4169高温合金疲劳强度降低了6%,但仍较未喷丸处理状态提高了14.29%,即复合处理能够有效改善GH4169高温合金室温～500℃高温工况下的抗疲劳性能。     

AerMet100钢喷丸强化前后表面完整性及疲劳性能分析

目的 提高AerMet100钢的疲劳寿命,研究喷丸对其表面完整性和疲劳性能的影响。方法 通过表面完整性测试,分析喷丸对其表面形貌、粗糙度、晶粒度、硬度、残余应力和显微组织的影响。开展疲劳试验,观察疲劳断口形貌,分析喷丸对其疲劳性能的影响。结果 喷丸后,试样表面产生明显塑性变形,粗糙度有所增加,晶粒得到细化,硬度增大,形成约140 μm的残余压应力层;此外,形成了交错的马氏体板条,强化层内位错增多,产生细化的马氏体板条以及孪晶。疲劳试验中,未喷丸试样寿命均值为163 566周次,喷丸试样寿命均值为209 552周次,平均增幅达28.1%。喷丸试样断口分布有多个裂纹源,裂纹扩展路径曲折,在断口边缘形成了凹凸不平的台阶,消耗了更多的能量。试样强化层内的裂纹扩展区总体形貌较为无序和杂乱,疲劳条带较未喷丸试样更为细密,表明其裂纹扩展速度较慢。结论 喷丸后,AerMet100钢的疲劳抗力增加,疲劳寿命显著提高。     

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。     

Influence of Shot Peening Treatment on the Fatigue and Corrosion Resisting Properties of 2Cr13 Stainless Steel

In the present paper,shot peening treatments were used to strengthen the steel surface,and the influence on the fatigue and corrosion resisting properties of 2Cr13 stainless steel was examined.The residual stress and the surface roughness were investigated by XRD and AFM.The characteristics of fatigue and corrosion resistance have also been analyzed by bending fatigue and salt spray tests.The result reveals that the fatigue limit of the samples is improved dramatically with the increasing of the peening strength by 7.5%.Meanwhile,the peenging angle has no evident influence on the fatigue properties.Compared with the untreated samples,the acid corrosion weight loss of the samples after the shot peening treatment is decreased almost by 90%.From the above experimental results proper shot peening would improve not only the fatigue property but also the corrosion resistance of 2Cr13-typed stainless steel.     

喷丸强化后30CrMnSiNi2A钢表面完整性对其抗疲劳性能的影响*

采用气动式喷丸机对铣削加工和磨削加工的30CrMnSiNi2A钢疲劳试样进行喷丸强化处理,利用扫描电镜、表面粗糙度仪和X射线应力测试仪分别对试样的表面形貌、粗糙度和残余应力进行测试,并对不同表面状态的试样进行疲劳试验,分析表面完整性对其疲劳寿命的影响。结果表明:该钢铣削加工时易在表面留下撕裂、鳞刺和折皱等加工缺陷,导致严重的应力集中,试样疲劳寿命较低;喷丸强化处理能有效降低铣削加工试样的表面粗糙度,增加残余压应力水平,从而提高了其疲劳寿命。磨削试样喷丸处理后试样表面残余应力增大,但表面质量大幅下降,疲劳寿命略有降低。     

渗碳齿轮齿根喷丸强化研究现状与展望

弯曲疲劳是齿轮传动中的主要失效形式,严重影响了齿轮使用性能.喷丸强化工艺是齿轮常用的表面强化方法,对提升齿根抗弯曲疲劳性能效果显著.介绍了两种典型的喷丸强化方法(气动式喷丸和离心式喷丸),分别从应用范围、加工效率、喷射原理、表面完整性等方面对其进行了比较.为揭示喷丸强化机制,概述了喷丸工艺数值模拟与工艺参数优化方法,分析了喷丸对齿根表面完整性影响机制,并阐述了表面完整性参量之间的相互作用关系.同时,阐明了齿轮喷丸后的疲劳断裂机理,包括裂纹萌生与扩展机制.在此基础上,重点论述了受喷齿轮弯曲疲劳性能的影响因素,并提出了改善齿轮疲劳强度的措施.此外,简要探讨了齿轮喷丸后,疲劳强度提升幅度问题,并归纳了受喷齿轮弯曲疲劳建模方法.最后,对齿轮齿根喷丸强化工艺进行总结,并对其发展趋势进行了展望.     

热处理对超声喷丸TC4疲劳性能的影响

对TC4进行超声喷丸（USSP）处理得到表面梯度结构,并于350 ℃分别进行60、120、180和240 min热处理。采用光学显微镜（OM）表征其微观组织,X射线衍射仪（XRD）测得残余应力场分布;通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）分别对其疲劳断口形貌、裂纹源组织进行表征。结果表明,超声喷丸处理引入的残余应力场,随热处理时间的延长,残余应力特征参数值（σ_srs、σ_mrs、Z_m和Z₀）逐渐降低。原始试样疲劳裂纹从表层萌生,超声喷丸试样疲劳裂纹以单一裂纹源形式从次表层萌生,超声喷丸+热处理试样以多源裂纹形式从次表层萌生。