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。     

热沉影响钛合金薄板焊接残余应力的试验分析

采用切条应力释放法测量了钛合金TC4薄板常规钨极氩弧焊(GTAW)和动态控制低应力无变形GTAW对接试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明,钛合金常规GTAW缝中残余拉应力峰值小于其母材屈服强度,焊缝附近存在残余压缩塑性应变;动态控制低应力无变形GTAW焊技术中热沉的冷却作用使得热源与热沉之间的高温金属承受强烈的拉伸作用,产生拉伸塑性变形,部分抵消了焊接过程中已产生的缩短的塑性变形,使得试件中纵向残余塑性应变减小,焊接残余拉应力峰值降低,残余压应力水平降低。切条应力释放法是一种简便有效的薄板焊后残余应力测量方法,能够满足工程应用的精度要求。     

异厚度铝合金激光拼焊残余应力场测试研究

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场,分析残余应力产生的原因和规律,对比薄厚两板残余应力场的差异。测量分析结果表明:异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似,但分布区域较窄;薄板残余应力场与厚板分布相似,但残余应力值范围较大。     

异厚度铝合金激光拼焊残余应力场测试研究

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场，分析残余应力产生的原因和规律，对比薄厚两板残余应力场的差异。测量分析结果表明：异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似，但分布区域较窄；薄板残余应力场与厚板分布相似，但残余应力值范围较大。     

2024铝合金薄板激光冲击波加载的实验研究

采用高功率激光束单次冲击3种厚度(1.3 mm,1.7 mm,2.1 mm)的2024铝合金薄板靶材,利用STSS-1应力检测模块采集靶材背面应变片的动态与静态应变信号,并用XRD技术检测了靶材表面残余应力.建立了2024铝合金薄板靶材激光冲击波加载模型,并利用该模型描述了靶材内部应力波结构及传播规律,解释了冲击区域残余拉应力产生的原因.结果表明,激光冲击2024铝合金薄板靶材时,激光诱导的冲击波和约束层对冲击波的反射波透射到靶材内部各部位的应力波具有不同的特性和强度变化规律.激光功率密度远超出2024铝合金最佳激光功率密度范围和靶材厚度较薄这2个条件同时存在是冲击区域残余拉应力产生的根源所在.     

水轮机叶片断裂分析

对某电站转轮叶片裂纹原因进行了分析。分析结果表明,由于次表面夹杂物存在,在夹杂物周边产生局部应力集中,在焊接残余应力、工作应力共同作用下,疲劳裂纹在应力集中区域萌生,不断扩展,导致叶片开裂。     

QT800—2凸轮轴磨裂产生的原因及对策

通过金相分析，表面应力测定及热处理工艺实验研究了ＱＴ８００－２凸轮轴等温淬火后磨削裂纹产生的原因及解决办法。结果表明，组织中存在的脆性相、马氏体与残余奥氏体的成分不均匀区域及磨削产生的温度和应力是导致其磨削裂纹产生的主要原因，这些缺陷可以分别通过改善热处理工艺，减少磨削加工余量进给量等措施得到改善。     

滚轮浸渍裂纹失效机制分析

通过金相分析及显微硬度测量,结合元素含量测定,分析浸渍处理过程中船用柴油机滚轮裂纹的产生机制。结果表明,在加工过程中未充分释放的热处理和磨削残余应力产生叠加,在浸渍处理时滚轮出现应力腐蚀现象,表面产生裂纹。原材料中的部分缺陷,促进了磨削残余拉应力的产生。     

薄板激光冲击强化残余应力场的数值模拟与试验

激光冲击强化会在材料表面形成深度达到1 mm的残余压应力,而对于厚度小于1 mm的薄板,由于冲击时应力波的反射和叠加,其残余应力场的分布肯定不同于厚板。文章采用4种冲击方式(单面冲击、底面约束情况下的单面冲击、双面非同时冲击以及双面同时对冲)对2024铝合金薄板(厚度为1 mm)进行激光冲击强化,并应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对其进行数值模拟,系统分析经过4种不同的冲击方式,得到薄板的变形以及残余应力的分布情况。结果表明,双面同时对冲方式能够使薄板两面都产生很大的残余压应力,而且不会出现弯曲变形,是理想的冲击方式。     

X80管线钢电磁超声残余应力检测精度的影响因素

管道运输中X80管线钢应用较为广泛，实际管道焊接大多使用半自动焊，难免存在焊接缺陷，在使用过程中会造成应力集中，可能导致管道破裂、石油泄漏等重大事故。为了促进电磁超声残余应力检测在管线钢中的应用，采用电磁超声系统，测试了X80管线钢残余应力检测的最佳参数。试验结果表明，电磁超声残余应力检测系统的6次回波测试精度为60 MPa;得出了电磁超声残余应力检测应力系数、信噪比随回波次数的变化关系，回波次数和应力系数、信噪比之间存在最佳取值，最后对薄板、厚板的电磁超声残余应力检测提出了一些建议。     

拉剪载荷下超高强度钢点焊残余应力试验

点焊后焊接残余应力叠加工作载荷后,内部应力会重新分配.文中选用B1500HS超高强度钢薄板,制备焊接构件,并通过X射线衍射法测量焊核区、热影响区及母材区的表面残余应力.在施加拉剪载荷的情况下,分别从电极端面直径、焊接电流两方面考察点焊构件在施加拉剪载荷前后残余应力的分布情况.结果表明,点焊时电流变化对试件的残余应力有一定影响;电极端面直径增加使得焊核区的残余应力增大.施加拉剪载荷后,残余应力在焊核与热影响区有所释放,远离焊核区的释放较小.     

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。     

An estimation of factors influencing residual stress characteristics of fillet welded lap joints

The residual stress behaviours in fillet welded lap joints of sheet metal have been researched in a systematic testing procedure with varied steel types, steel thicknesses and welding wires having different transformation points. Consequently, under the simulated fabrication welding conditions (with a constant amount of deposited metal), the transverse residual stress at the weld toe, which is deemed critical in fatigue strength, has been found almost invariable to a change in steel type and thickness, but it has been clarified to become compressive to a greater extent as the wire’s transformation point is lower. Moreover, as for the residual stress inside the weld metal, the compressive residual stress area has been found to expand as the welding wire’s transformation point reduces, from the results of the thermo-elastic-plastic analysis.     

薄板精密冲裁的变形过程和机理研究

本文构建了料厚为0.3mm的薄板精密冲裁变形有限元模型,运用该模型研究了薄板精密冲裁变形过程,分析结果显示冲裁断面质量与生产实际非常接近.论文分析了薄板精密冲裁变形过程中的静水应力的分布特征、影响机理.研究表明,强压边条件增加了静水压应力区域的范围和程度,从而延迟了裂纹的初始和发展,提高了冲裁断面的质量.     

Plastic metal flow under frictional boundary in forward extrusion die and stress distribution of the die

Cracks which progress across the vertical and horizontal plane section of forging dies appear to be caused by stress concentration. This paper reports an investigation into the relationship between the working pressure and the induced stresses distribution of the die during the process.In this paper, a simulation method is presented as a solution to the metal forming problem involving the plastic flow pattern of the metal and working pressure distribution along the tool surface. This method makes use of the Galerkin finite element formulation in conjunction with a special calculation procedure of stress boundary over metal deformation regions by axisymmetric analysis. Also, under the hypothesis of a fluid lubricant layer, the frictional condition between the deformed metal and tool surface is taken into consideration for the analysis.This simulation method is applied to some steady states of plastic deformation in axisymmetric forward extrusion die, and operating the working pressure distributions over the die surface obtained by above method, the stress distributions of the die are calculated by the usual axisymmetric finite element method. Then, the assumption of uniform working pressure usually used for a simplified calculation of the die design is confirmed by comparison with the stress distributions of the die above obtained.     

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.     

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,对换热器管子与管板焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头残余应力的分布规律,比较了伸出角接头和内角接头的优劣.计算结果表明,内角接头残余应力比伸出角接头小.最大径向应力出现在管板表面的热影响区,对管板表面裂纹有主要影响.最大环向应力出现在焊缝根部,对管子与管板连接失效影响较大.相邻两换热管之间,由于后面换热管的焊接加热作用,使前面管子焊缝局部应力值下降,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性.研究结果为优化换热器管子与管板的焊接工艺、控制残余应力提供了理论依据.     

高强钢低匹配等承载对接接头焊接残余应力调匀能力

借助有限元软件研究了高强钢对接接头中焊接残余应力的调匀情况.结果表明,因母材塑性储备不足,所有接头焊后横向、纵向拉伸峰值应力均在焊接残余应力的基础上不断增加,但接头各区域应力增速不同,最终残余应力均未完全调匀.低匹配静载ELCC接头高塑性、低屈强比的盖面焊道位于高值残余应力所在的焊缝及近缝区母材表面并分担载荷,使该区应力增速放缓,故其残余应力调匀能力优于等匹配接头.考虑焊接残余应力的ELCC接头静载失效更可能发生在母材区,这与ELCC接头的设计目标相符.明确了静载ELCC设计可以忽略焊接残余应力的影响.     

残余应力对Super304H焊缝金属再热裂纹敏感性的影响

采用预压缩CT试样的方法研究了残余应力对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。通过ABAQUS模拟结合EBSD表征分析了不同残余应力下的焊缝金属的塑性应变分布和位错密度分布,并从残余应力诱导焊缝金属晶内析出相的方面解释了残余应力对焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明：高预压缩载荷的CT试样具有更高的残余应力,更容易产生再热裂纹。随着残余应力的增加,焊缝金属拉伸试样的抗拉强度逐渐降低。焊缝金属CT试样靠近U型口的高残余应力区域具有更高的位错密度和更高比例的亚晶,促进了晶内小颗粒相的析出,使得晶内硬化更为严重,再热裂纹更容易产生。     

铝合金螺旋面挤压过程数值模拟及模具优化

采用模拟软件Deform-3D基于热力耦合对6063铝合金螺旋面型材挤压成形过程进行模拟,获得了挤压过程中载荷-时间曲线、应变场、应力场、速度场及金属流动情况。结果表明,金属流出工作带后,在同一截面内的应力、应变分布不均,型材内部金属发生回弹运动,使螺旋面的螺旋升角变小。针对上述问题,提出在模具工作带后面增设可拆卸式矫正器的方法,保证铝合金螺旋面螺旋角度的精度。最后,通过实验验证了这一方法的可行性,模具优化后螺旋面螺旋升角由11.96°提高至20.99°,螺旋面精度提高了33.7%。