轴类零件大面积堆焊残余应力及组织性能分析

针对残余应力、组织成分对再制造堆焊层质量的影响,运用仿激光焊技术,采用H13CrMoA焊丝,在变速箱主动轴上整周堆焊不同厚度的焊层,用X射线残余应力分析仪测试堆焊层表面的残余应力,电解抛光堆焊层,分析堆焊层的应力梯度和界面应力,通过X射线能谱仪（EDS）分析堆焊层界面处成分分布,用扫描电镜（SEM）观测其组织形貌,结果表明：堆焊层表面峰值应力为拉应力,且随厚度的增加变化不大;沿垂直于单条焊缝中心线至轴心线方向所测的应力存在一定应力梯度,A0和A1界面处残余拉应力较大,A2界面处为较小残余拉应力;堆焊层界面处组织成分分布较均匀。     

7055-T7751铝合金预拉伸板内部残余应力分布评估

应用裂纹柔度法测量了7055-T7751铝合金预拉伸板的内部残余应力。结果表明,该板材内部残余应力近似呈外压内拉的"W型曲线"分布,其中,轧制方向最大残余拉应力约为31.3 MPa,最大残余压应力约为-23.7 MPa,宽度方向最大残余拉应力约为7.1 MPa,最大残余压应力约为-12.8 MPa。相比较于其他典型7×××系列铝合金预拉伸板,7055作为目前合金化程度最高、强度也最高的铝合金,在提高性能的同时,内部残余应力也相应提高,导致加工变形较大。     

Q890D高强钢中厚板焊接接头残余应力的有限元模拟

对厚度为8mm的Q890D高强钢中厚板对接焊接接头中的残余应力进行了有限元模拟,重点分析了接头中残余应力的分布和大小,并采用X射线衍射法和盲孔法进行了试验验证。结果表明:焊接接头中的纵向残余应力在起、收弧位置表现为压应力,中间部分表现为拉应力,拉应力的峰值为823.4MPa;随着距焊缝距离增大,横向残余应力逐渐减小,且表现为拉应力;模拟结果与X射线衍射法的测试结果吻合得较好,误差为17.4%,证明了有限元模型的准确性。     

铝合金搅拌摩擦焊接头内部残余应力的短波长X射线测试

采用自制的短波长X射线应力分析仪测定了2024-T351铝合金板搅拌摩擦焊接头的内部残余应力分布。结果表明:接头内部的纵向残余应力呈典型的"M"型分布,且高于横向残余应力,应力峰值位于焊缝热机影响区和热影响区交界附近,测试结果与文献报道结果相符。     

表面滚压处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

表面强化可提高高速列车车轴疲劳性能，延长使用寿命。对广泛应用于高速列车的EA4T车轴钢表面进行滚压处理，使用激光共聚焦显微镜表征表面形貌和粗糙度；借助光学显微镜分析滚压处理前后试样的显微组织，并采用EBSD测试滚压试样表层晶粒尺寸；采用显微硬度计测试强化层显微硬度分布并与未处理试样进行对比，采用X射线衍射残余应力分析仪分析其残余应力分布；基于旋转弯曲疲劳试验和扫描电子显微镜下的断口观测分析试样的疲劳性能。研究结果显示：滚压强化后，试样表层发生塑性变形，表面质量得到改善，且形成厚度约为400μm的硬化层，表层产生纳米晶；显微硬度提高了29%,表面最大残余应力为-576MPa,试样显微硬度和残余应力变化趋势一致，均为从表面向心部减小；滚压试样疲劳强度增幅为28%。试验结果表明，滚压是车轴延长寿命的一种有效方式。     

裂纹柔度法测喷丸残余应力的研究

本文利用裂纹柔度法检测喷丸45钢板的残余应力大小及分布,并将其检测结果与X射线法测得的结果进行比较。试验发现,二者具有相近的分布趋势,硬化层深分别为900μm和820μm,最大残余压应力分别在近表层300μm处约471.4MPa和在近表层120μm处约446.4MPa,即裂纹柔度法可用于喷丸板类构件内部残余应力的测定,且结果准确可靠。     

焊后热处理对20G钢焊接接头残余应力的影响

采用X射线应力分析仪和电子背散射衍射仪(EBSD)等分别研究了热处理前后20G钢焊接接头的表面残余应力和微区残余应力。结果表明:热处理前后焊接接头的表面残余应力均以焊缝为中心呈对称分布,且随距焊缝中心距离的增大而下降,热处理后的平均残余应力比热处理前的降低了7.21%;热处理后焊接接头焊缝区、热影响区和母材区的晶粒发生再结晶转变,晶粒得到细化;再结晶导致局域取向错配角的平均值减小,微观残余应力得到释放,且分布更为均匀,但焊缝区的微观残余应力依然较高。     

损伤轴面激光熔覆修复残余应力测量及分析

残余应力直接影响激光熔覆修复机械零件的结构强度和安全性能,为了掌握损伤轴面激光熔覆修复后的残余应力分布情况,以40Cr钢零件轴为基材,Ni60自熔合金粉末为熔覆材料,采用脉冲激光熔覆工艺制备零件轴表面修复试件,利用盲孔法对零件轴修复试件进行残余应力分布特性分析。结果表明,在轴面激光熔覆的镍基合金修复层中产生了不可忽略的残余拉应力,高应力区位于熔覆层始末两道上;轴线方向检测点上X方向残余应力呈"M"形分布,Y方向残余应力呈"Λ"形分布,σx值较高,接近基材屈服强度的45. 9%,而圆周方向检测点的X方向和Y方向残余应力相对稳定,最大拉应力约为200 MPa;激光扫描路径对轴面熔覆层的残余应力值的影响大、分布形状的影响小,螺旋路径熔覆产生的残余应力值较低,更适合圆周面修复,但熔覆层始末两道边沿处的残余应力比中间部位高,有必要采取适当措施进行消应力处理,以获得优良的修复效果。     

轴承钢顺次磨削表面残余应力离散度试验研究

以轴承钢顺次磨削表面的残余应力离散度为研究对象,基于X射线衍射法顺次测试了轴承套圈淬硬热处理、粗磨、精磨和超精磨削后,轴承滚道表面环向和轴向残余应力.测试结果表明,淬硬热处理工件的残余应力标准差约为超精工序的3倍;淬硬热处理轴承套圈经超精磨削工序,其表面的环向和轴向残余应力离散度降至20 MPa.研究表明淬硬轴承钢热处理及同一道磨削工序工件表面残余应力存在较大离散性,"粗磨-精磨-超精"顺次磨削工艺叠加后,工件表面残余应力离散度呈现收敛性;淬硬热处理轴承套圈经过顺次磨削工序叠加加工后,表面残余压应力平均值获得大幅提高.这为进一步系统揭示磨削工艺对淬硬轴承钢套圈表面残余应力及其离散度影响规律提供了科学数据.     

前混合水射流喷丸强化表面力学特性及疲劳寿命试验

为获得前混合水射流喷丸强化增益效果,研究前混合水射流喷丸对2A 11铝合金和45钢的表面显微硬度、表面残余压应力和疲劳寿命的影响.采用显微硬度计和X射线应力分析仪分别测定喷丸表面显微硬度和表面残余应力,利用扫描电镜观察疲劳断口形貌,获得喷丸表面显微硬度和表面残余压应力随喷丸压力、扫描速度及靶距的变化规律,指出射流喷丸可以大幅度地提高2A11铝合金和45钢的疲劳寿命,当2A11铝合金和45钢的应力振幅分别为155.7 MPa和282MPa时,喷丸试样疲劳寿命比未喷丸试样疲劳寿命分别提高25.31倍和18.56倍,且未喷丸试样疲劳裂纹萌生于试样表面,喷丸试样疲劳裂纹有的萌生于试样表面,有的萌生于试样内部,当疲劳源在试样内部时,裂纹在夹杂物处萌生.因此,前混合水射流喷丸是一种提高金属零构件疲劳寿命的有效方法.     

TC4钛合金磁控窄间隙TIG焊试板热处理前后三维应力

针对100 mm和31 mm厚TC4钛合金磁控窄间隙非熔化极惰性气体保护焊(Tungsten inert gas, TIG)试板,采用压痕应变法测量表面残余应力分布,采用全释放应变法测量厚度方向的三维残余应力分布。结果表明,两种厚度试板的焊接残余应力数值有所不同:100 mm厚试板表面纵向和横向残余应力峰值高达600～700 MPa,接近材料屈服强度的70%～80%;31 mm厚试板表面纵向和横向残余应力峰值较低,仅达到材料屈服强度的40%～50%。两种厚度残余应力差异较大的原因主要由较大厚度下横向收缩的累积效应造成。经过650℃的焊后真空热处理,两种厚度的焊接试板纵向和横向应力均显著降低,应力降低幅度最高超过50%,剩余残余应力峰值均不超过200 MPa,焊缝处沿厚度方向分布的各向残余应力均接近零值,表面残余应力出现了重新分布。     

回火对感应淬火机床齿轮残余应力分布的影响

本文用 X 射线法测定了40Cr 钢机床齿轮高频淬火后回火与不回火二组齿轮试样表面的残余应力沿层深分布.结果表明:距层深>0.07mm 以后,无论齿轮试样是否回火,其残余应力分布、数值大小均无多大变化;回火的效果只在齿面至大约0.07mm 深度范围内降低了25%～32%的残余应力;在距齿面0.1mm 处,回火与不回火试样的残余应力分布曲线上均对应一个拉应力峰,这个距离与齿面通常发生点蚀的深度是相一致的.这一试验结果指出了回火对这类高频淬火齿轮消除应力的实际效果,以及残余拉应力峰的存在位置客观上为齿面点蚀裂纹源的形成提供了潜在条件.     

应用X射线衍射法测定轴类工件中的残余应力

根据测试距车轴表面2mm深度处残余应力的要求,推导了剥层测残余应力的修正公式,利用生死单元法模拟了车轴车削的过程,验证了该修正公式的正确性,并采用X射线衍射法测定了距某车轴表面2mm深度处的轴向和周向残余应力。结果表明:X射线衍射法和修正公式能有效测出距车轴表面2mm深度处的残余应力;轴向残余应力最大值(绝对值)和周向残余应力最大值(绝对值)分别出现在0°测点和90°测点,其值分别为-139.15MPa和-105.21MPa,轴向残余应力和周向残余应力各点的差值均小于EN13261标准规定的40MPa。     

一种铝合金模锻件残余应力状态的研究

研究发现,工件在模锻件成型和热处理后,内部残留有大量的残余应力,在加工过程中,残余应力被逐渐释放,导致工件变形,造成工件不合格。以铝合金模锻件为例,采用X射线衍射法配合电解抛光,对模锻件表面和内部的残余应力进行检测,揭示模锻件表面及内部的残余应力状态和分布规律,并采用冷热循环时效的方法代替原有的热时效方法处理模锻件。检测后发现,冷热循环时效处理后的模锻件沿直径和圆周方向残余应力值都较小,并且分布更均匀。这为今后优化铝合金模锻件热处理工艺,减小残余应力奠定了理论基础。     

球罐胀形后残余应力的研究

本文用X射线法对模拟胀球过程的宽板试样拉伸前后的残余应力分布进行了测量,用塑性理论及弹塑性有限元对测量结果进行了分析,现场实测了用无模胀球工艺制造的首台200m~3液化气球罐热处理后的残余应力分布。结果表明:球罐胀形后内侧存在横向(垂直于焊缝方向)残余压应力,纵向(平行于焊缝方向)残余应力水平很低,有时也为压应力。胀形后残余应力的这种有利分布,提高了球罐的抗应力腐蚀性能。这是新工艺在防止球罐破坏,保证安全运行方面的独特优点。     

基于电子束焊接的TC4钛合金叶片焊缝表面强化研究

航空发动机叶片的整体性能极大地影响着飞机的安全稳定运行。针对某型航空发动机TC4钛合金叶片采用电子束焊接后,服役期内在焊缝处常出现疲劳裂纹而导致叶片失效的现象,采用X射线衍射法,结合有限元仿真分析结果,研究分析钛合金叶片焊缝及周围区域的残余应力分布状况,探索分析强化前、后残余应力变化情况。根据实验结果,焊接后焊缝及周围区域表面呈现拉应力,且垂直焊缝方向应力值在+36 MPa左右;强化后,叶片表面呈现出较大且较为均匀的压应力,应力值为-200 MPa左右。同时,有限元仿真结果表明经过表面强化后,叶片表面由拉应力转变为压应力,应力状态得到明显改善,进而提高了叶片疲劳性能,为航空发动机叶片表面抗疲劳制造提供了理论依据和技术参考。     

CF—62钢制1500m^3乙烯球罐焊接残余应力的现场测试

本文介绍了X射线应力仪用于现场测量残余应力的技术,并且给出了CF-62钢制1500m~3乙烯球缸的焊接残余应力测试结果。测试结果表明,X射线应力测试技术用于大型球罐残余应力的现场测量是可行的;在焊态下测量的残余应力值较高,而焊后热处理使残余应力得到充分的解放。     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

2024-T351铝合金搅拌摩擦焊焊件内部残余应力测试

为准确掌握铝合金搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)焊件中的残余应力分布,以便优化FSW焊接工艺和对后续加工起到一定的支撑作用,借助自主研发的短波长特征X射线衍射仪(Short wavelength X-ray diffractometer,SWXRD),分别采用sin2ψ法和d0法对2024-T351铝合金FSW焊件内部残余应力进行测试,并与中子衍射和同步辐射及钻孔法测试的FSW焊接应力进行分析比较,同时对焊接区各区域微观组织进行金相观察分析,对焊接中心层的显微硬度分布进行测试。结果表明,用SWXRD可以实现铝合金内部残余应力的无损检测;对2024-T351铝合金FSW焊件内部残余应力测试,用d0法得到板材轧制方向的残余应力存在3个拉应力峰值,其中两个位于热影响区(Heat affected zone,HAZ),一个位于焊缝中心,与国外中子衍射和高能同步辐射的测试结果一致;用sin2ψ法可以快速获得FSW焊核区(Weld nugget zone,WNZ)的残余应力,对存在强织构的热机械影响区(Thermal-mechanically affected zone,TMAZ)、HAZ和母材区(Base material zone,BMZ)的应力测试有较大的误差,但将d0法结合可以快速得到焊接区的应力分布。     

不同强度喷丸处理后铝锂合金表面的残余应力

在不同喷丸强度下对铝锂合金进行了表面喷丸处理,采用X射线衍射法和盲孔法分析了其表面及近表层的残余应力。结果表明:采用不同喷丸强度处理后试样表面90°方向(平行喷嘴移动方向)的残余压应力高于0°方向(垂直喷嘴移动方向)的,90°方向的衍射峰积分宽度大于0°方向的,说明喷丸强化后试样在90°方向产生了更大的微应变;试样近表层残余压应力随层深的增加先增大后减小,最终趋于0;较高强度喷丸处理后试样表面和距表面0.15mm内的残余压应力小于较低喷丸强度处理的,而最大残余压应力、最大残余压应力深度以及残余压应力场深度均大于较低强度喷丸处理后的。