W18Cr4V高速钢激光相变强化层的残余应力

利用Ｘ射线衍射法对Ｗ１８Ｃｒ４Ｖ高速钢激光相变强化层的残余应力进行了测定和分析。试验结果表明，相变强化层表面的残余应力为压应力，内部为拉应力，近似按正弦函数分布。其大小和分布状态随工艺参数的变化而改变。当改变工艺参数使表面熔化时，表面为拉应力。     

硬质合金后处理过程中残余应力的研究

综述了硬质合金残余应力的形成机理、分析方法以及后续处理过程中残余应力的研究现状。硬质合金中残余应力的形成是由于受到不均匀的应力场、应变场、温度场的影响;其分析方法主要有X射线衍射法、中子射线衍射法、数值分析法。喷砂(丸)处理使合金表面产生残余压应力,其大小与介质大小、喷射压力、喷射时间等因素有关;电火花加工后的硬质合金表面的WC相中存在残余拉应力,而磨削和抛光后的表面中存在残余压应力;表面处理会导致残余应力的符号、大小和在分布产生复杂的变化。深入研究残余应力的数值模拟方法、探索切削过程中的残余应力演变和开发缓解消除残余拉应力的后处理工艺是今后的研究方向。     

激光喷丸诱导的残余应力的有限元分析

激光喷丸成形是一项新技术,是利用强激光辐照材料表面产生的高压冲击波对材料内部诱导的残余应力来成形金属板料的,控制残余应力场的分布是精确成形板料的关键。有限元模拟技术是预测激光诱导的残余应力场的有效方法之一。该文建立激光诱导残余应力模拟的模型,讨论了模拟过程中关键问题的技术处理,如加载历史、本构关系、网格划分、求解时间等。数值模拟的过程主要包括动态分析和静态分析两个步骤,模拟结果表明,残余压应力的大小和残余压应力层的深度随激光的功率密度的增加而增加,最后趋于饱和。模拟结果和试验结果较为一致。     

空化水喷丸诱导45钢残余应力场的数值模拟与验证

空化水喷丸工艺是利用淹没式空化射流中微小空泡在材料表面溃灭时产生的冲击波压力,用该压力来诱导金属零部件的表面形成压缩残余应力层,进而提高其疲劳寿命。本文依据空化水喷丸强化45钢的试验,运用ANSYS/LS-DYNA软件建立非线性无弹性模型中的双线性各向同性模型,模拟了空化水喷丸工艺过程中冲击波压力和材料相互作用的动力学过程,以及形成在表层的压缩残余应力场分布规律,讨论了本构关系、网格划分、载荷大小、加载历史等关键问题。采用不同峰值载荷的冲击波压力和多冲击波连续加载的方法,实现了对残余应力场分布的预测。利用微小部残余应力测定装置(PSPC/MICRO)对上述工艺条件诱导残余应力的大小进行测定,数值模拟的结果和X射线衍射法测得的残余应力大小和分布吻合较好。     

不同工艺下超强钢点焊残余应力的试验分析

为了分析在不同工艺下电阻点焊对超强钢焊接构件内部残余应力的影响,文中试验选用B1500HS快冷淬火后的超高强钢薄板,通过德国NIMAK点焊机器人进行电阻点焊,制备焊接构件,并通过X射线衍射法测量点焊构件焊核区、热影响区、母材区表面处的残余应力,分别从电极直径、焊接电流、锻压力方面考察不同工艺对超强钢点焊构件残余应力的影响. 结果表明,残余应力以焊核为中心基本呈对称分布,从焊核到母材,数值先增大后减小,在热影响区处达到最大值且为拉应力,远离焊核区降低为压应力,且拉应力最大值明显高于压应力最大值;残余应力随电极直径增大而增大;残余应力随着电流增大其最大值先增大后减小;锻压力可以降低残余应力峰值.     

单晶结构残余应力的X射线衍射分析技术

准确测定单晶材料残余应力是控制和调整单晶构件中残余应力的前提。基于弹性力学对单晶材料弹性模量与对应衍射晶面的关系进行理论分析,建立立方单晶材料的残余应力分析模型,并提出具体试验方法,以DD3单晶叶片为例,进行试验验证。结果表明：不同衍射晶面的弹性模量受独立弹性柔度系数、取向系数影响,DD3单晶叶片表面应力模型计算值与实测值间相对误差在20 MPa范围内。这种X射线衍射残余应力测定方法测定的残余应力值可靠性较高,为工程应用中测定立方单晶残余应力提供了理论依据和试验基础。     

表面残余应力影响因素和调控技术的研究进展

残余应力的存在在一定程度上影响了工件的疲劳寿命和抗腐蚀能力等,调控工件内部残余应力的分布在工程应用上具有很高的研究价值,合理调控应力能够有效抵抗工件表面的裂纹萌生,提高工件表面整体完整性。具体阐述了残余应力的概念和分类;分别从铣削、磨削和焊接角度归纳了传统加工过程中残余应力的产生机理及其对材料性能的影响;对相关残余应力检测技术的原理和优缺点进行论述;概述了残余应力有限元计算方法;综述了各种加工方法下,工艺参数对工件表面残余应力产生的影响;针对优化工艺参数调控残余应力无法满足工件的整体性能需求,归纳了时效法调控残余应力的机理;综述了能够进行应力调控的表面强化处理技术,包括机械作用下的孔挤压强化、超声振动磨削、喷丸工艺、超声滚压和激光冲击、能量外部输入下的高能声束调控技术、高能量密度脉冲电流和激光辐照应力调控技术。此外,针对单一表面强化处理技术调控残余应力的不足,概述了超声挤压-激光冲压、激光冲击-超声滚压以及激光冲击-喷丸等相关的复合表面强化工艺。最后,指出了表面强化处理技术处理复杂曲面,以及复合表面强化工艺是未来表面完整性加工的发展方向。     

不同残余应力测试方法与数值模拟对比研究

文中通过对X射线衍射法、盲孔法、超声波法测试残余应力的对比,同时用3种测试结果与数值模拟值进行对比分析研究,发现X射线衍射法和超声波法测试精度较高,2种方法具有很好的互补性。数值模拟和盲孔法的纵向和横向应力分布趋势一致,拉应力区窄而尖,但大于盲孔法所测得的残余应力峰值。而数值模拟得到的横向残余应力分布曲线较X射线法得到的横向残余应力分布曲线更为平缓和均匀,残余应力峰值也小。数值模拟和3种实测的分布规律和趋势是一致的,因此,数值模拟用于实际生产中具有一定参考价值和指导意义。     

国产钢制散热器短期腐蚀失效原因分析之一

本文对国产钢制散热器最易漏水区域,由于冲压成型过程中产生的不均匀变形和残余应力进行了测试和分析。残余应力测量的结果表明,散热器内表面存在有复杂的残余应力状态,说明散热器内表面的腐蚀在部分区域为应力腐蚀行为。不均匀变形测试结果表明局部区域应变过大是散热器短期腐蚀失效的主要原因,残余应力的存在加速了短期内腐蚀失效的进程。     

焊接残余应力对2024铝合金薄板疲劳寿命的影响

对搅拌磨擦焊、TIG焊和激光焊进行数值模拟,得到焊接残余应力场.将残余应力场施加到线弹性断裂力学模型之中,运用J积分方法计算残余应力强度因子,并计算裂纹扩展速率,通过与试验结果和虚拟裂纹闭合法计算结果进行对比,验证了文中所使用方法的正确性.研究发现,残余应力强度因子的分布与残余应力分布形式相似.残余应力的引入,对应力比有较大影响,但随着应力比的增大,残余应力对应力比的影响逐渐减弱.焊接残余应力的引入缩短了焊接构件的使用寿命,当裂纹长度较小时,TIG焊接构件使用寿命比搅拌摩擦焊接构件和激光焊接构件使用寿命短.     

基于快速面探测方法的碳化硅表面残余应力测量

陶瓷加工后表面残余应力的测量通常采用一维X射线衍射线探测法,该方法存在测量过程烦琐、效率低、成本高等问题,因此采用新型快速二维面探测X射线衍射残余应力测量方法,对碳化硅陶瓷表面的残余应力进行测量,实验中测量了3种不同品牌碳化硅工件的初始表面和抛光后表面的残余应力。结果表明:此新方法单次测量即可获得样品500点的衍射信息,特别适用于陶瓷材料的应力测量。同时还发现:对于被加工表面的残余压应力,抛光加工最高能够消除近80%的残余应力,但不能改变工件的残余应力分布。      

工艺参数对TC4合金航空发动机叶片精锻残余应力的影响

为获悉叶片精锻残余应力的分布情况,利用Simufact. Forming软件对TC4合金航空发动机叶片精锻过程进行了数值模拟研究。通过X射线衍射技术对叶片实体表层残余应力进行了测量,并与数值模拟结果进行对比,验证了有限元模型的合理性。通过设计正交试验优化了叶片精锻工艺,最终得到了最优工艺参数组合及不同工艺参数对叶片精锻残余应力的影响趋势。研究结果表明:航空发动机精锻叶片的残余应力主要集中在表层,当工艺性较差时,叶片前缘头、后缘头附近的高残余应力区域范围较大,开裂的风险系数较高;模具温度对叶片精锻残余应力的影响最大,上模速度、坯料温度、摩擦因子对其影响依次减小;在上模速度为40 mm·s-1、坯料温度为960℃、模具温度为300℃、摩擦因子为0. 1的情况下,可以得到较小的叶片精锻残余应力。     

Ti2AlNb金属间化合物喷丸强化残余应力模拟分析与疲劳寿命预测

目的 研究经喷丸强化处理后Ti2AlNb材料表层残余应力的分布特征,并预测残余应力对材料疲劳性能的影响规律。方法 通过贴应变片逐层钻孔法,对使用喷丸强化处理后的Ti2AlNb试样进行残余应力测试分析,得到引入残余应力场各方面的测试数据,结合ABAQUS数值模拟方式,对比分析试验与模拟残余应力场结果,获取材料的最终残余应力梯度。利用FE-SAFE软件,通过叠加残余应力场的方式,预测喷丸强化前后试样的疲劳寿命。结果 在文中加工参数下,实验测试和软件模拟结果的重合度良好。喷丸强化可在Ti2AlNb金属间化合物靶材内引入300 MPa左右的最大残余压应力,深度达到了0.12 mm左右。材料表面塑性应变分布不均匀,且造成的塑性应变距表面深度可达0.1 mm。通过喷丸强化引入残余压应力,预测的Ti2AlNb材料疲劳极限可提高12%,高低周疲劳寿命均有明显的延寿效果。结论 验证了有限元数值模拟此材料喷丸强化的准确性和可靠性,得到了Ti2AlNb材料喷丸强化的残余应力场。由于塑性变形诱发机制的限制,喷丸造成塑性应变分布不均匀,塑性应变层深小于残余压应力层深。此外,强化后材料的疲劳性能显著提高,疲劳极限有可观的提升,且高低周疲劳均有较好的延寿效果。     

残余应力测试分析技术

对残余应力的测试在学术研究和工程应用中越来越重要,是获取零件服役条件以及工艺制造的应力状态的重要方法 ,可以为零件寿命的预测和制造工艺的控制等提供重要的参考.目前,残余应力的测试方法 多样.介绍了残余应力的测试方法 及其所能达到的测试层深,以及几种新型的残余应力的测试方法 及其适用的范围;阐述了残余应力的定义和形成机理,并对引入残余应力的常见表面形变强化工艺进行了分析,介绍了不同的工艺下形成的残余应力的特征;最后,指出了对目前残余应力测试和研究中存在的问题和发展趋势,提出了三维原位无损分析、残余应力和模拟相结合的跨学科系统研究以及形成相关的大数据库平台系统将是未来发展的方向.     

3003铝合金X射线法表面残余应力的检测

采用X射线衍射法测量铝合金3003基体材料表面残余应力中用到的衍射角.试验中,将等强度梁加载后表面产生的应力假设为“表面残余应力”,用传统电测法和X射线法分别测量加载后铝合金3003等强度梁的应力值.以电测值为参照,考察X射线法在衍射角为142°和156°时的应力测量值,并对其进行对比分析.试验表明,衍射角为142°时的测量结果存在非测量不当引起的测量非线性点.因此,X射线测铝合金3003宏观表面残余应力的最佳衍射角为156°.     

基于正交试验的T形接头焊接工艺优化

焊接变形可以直观地看到,控制变形手段也非常多. 焊接残余应力分布复杂,关键位置残余应力大小对产品有着很大的影响. 文中利用焊接数值模拟和试验相结合的手段,采用单因子和多因子正交试验相结合的设计方法,以焊接残余应力为评价指标,对T形接头焊接的工艺参数进行优化设计,获得了T形接头的残余应力分布状况. 结果表明,拼焊间隙为2 mm以下时,焊缝宏观形貌满足要求;焊接速度对焊接残余应力的影响最为显著,其次为送丝速度和拼焊间隙. 利用数值模拟和试验相结合的方法,优化了焊接工艺参数,降低了焊接残余应力的峰值,有效地减少了试验次数,节约了成本.     

机加工表面残余应力及其疲劳寿命评价的研究进展

随着航空、航天、核电、海洋装备、汽车制造行业的蓬勃发展,特别是国家空天深海战略的实施,高腐蚀、高交变载荷等复杂服役环境对零件的可靠性和使用寿命的要求日趋严格。机械加工表面完整性作为零件性能指标的评价标准,得到越来越多的重视。残余应力作为表面完整性的重要参数之一,与零件疲劳寿命和使用性能密切相关,因此有必要对机械加工过程中残余应力的生成机理进行研究。主要介绍了机械加工表面残余应力的定义及其对材料性能的影响,对中子衍射法和X射线衍射法检测残余应力的优缺点进行了比较,从实验方法、解析方法以及有限元方法 3个方面对机械加工过程中残余应力的生成机理进行了总结,分析了切削参数、刀具几何、材料性质对残余应力生成的影响,总结了残余应力与疲劳寿命之间的作用关系。最后,探讨了机械加工表面残余应力生成机理以及疲劳寿命评价研究过程中存在的问题。     

WC-Co梯度硬质合金的本构关系及应用

功能梯度硬质合金实现了高硬度与高强度的完美结合. 然而, 由于材料成分及物性的梯度变化使得材料内部的残余热应力影响了产品的性能. 为了分析制备及服役过程中梯度硬质合金中残余应力的影响, 通过定义弹性约束因子和引入塑性约束因子得到了材料的弹塑性本构关系. 将此本构模型结合有限元方法得到了梯度硬质合金内部残余热应力的分布. 数值计算结果表明: 残余热应力主要集中在样品近表面的梯度区. 在富钴区出现了拉应力, 而在表明出现了压应力, 表面最大压应力有380MPa. 同时, 采用X射线衍射法测试了样品的表面应力, 得到的结果是-379.75Mpa. 实验观测与数值模型符合较好.