表面强化对A-100钢带孔构件疲劳性能的影响

对超高强度钢A-100带孔构件进行喷丸和孔挤压等表面强化处理,对比在相同试验条件下的疲劳性能,计算分析表面强化延寿增长系数和疲劳极限的提高幅度,获得了超高强度钢A-100带孔构件疲劳的应力集中特性与表面强化改性效果。结果表明,A-100超高强度钢具有很高的应力集中敏感性;表面强化可显著延长带孔构件的疲劳寿命和提高其疲劳极限,表面强化效果主要取决于表面强化层内的残余压应力;疲劳断口分析表明表面强化构件的疲劳源不再位于孔边而是在孔边与内部的过渡部位。由于孔挤压强化在引入较深残余压应力的同时还可以改善孔边的粗糙度,因此其强化效果优于喷丸强化。喷丸和挤压分别使疲劳极限提高了35%和38%,有效缓解了孔边应力集中对疲劳性能的不利影响。     

喷丸强化对23Co14Ni12Cr3MoE钢疲劳性能的影响

采用喷丸强化工艺在23Co14Ni12Cr3MoE高强度钢表面层引入了残余压应力,测定了喷丸工艺下的表面粗糙度、残余应力与疲劳寿命,对比了缺口试样(应力集中系数Kt=2)磨削加工与喷丸状态下的疲劳S-N曲线.结果表明,23Co14Ni12Cr3MoE高强度钢对喷丸强度的要求不同于一般的高强度钢,喷丸强度高时将产生过喷效应,导致疲劳寿命的降低,在优化的喷丸工艺条件下,缺口试样(Kt=2)在1×107循环周次下的条件疲劳极限提高了22%.     

表面完整性对C250型超高强度钢高周疲劳性能的影响

利用圆磨、一次喷丸和二次喷丸3种不同的加工方法,在C250型超高强度钢(C250钢)上引入不同的表面完整性状态。研究了不同表面完整性状态下C250钢试样的表面形貌、表面粗糙度和表面残余应力等表面完整性参数并分析了其在室温下的光滑(应力集中系数,Kt=1)旋转弯曲疲劳S-N曲线和缺口(Kt=1.7)旋转弯曲疲劳S-N曲线。结果表明:由于表面完整性状态的优化,相比圆磨状态,一次喷丸后C250钢光滑试样和缺口试样的疲劳极限分别提高15.4%和18.1%,二次喷丸后分别提高26.2%和20.1%,在C250钢疲劳性能方面二次喷丸增益更大。然而,二次喷丸后C250钢的缺口敏感性较一次喷丸有所增大,原因是二次喷丸带来的表面平滑化和最大残余压应力外移效果对光滑试样疲劳性能影响明显,但对缺口试样影响相对较小。     

超高强度钢喷丸表面残余应力在疲劳过程中的松弛规律

对超高强度钢23C014Ni12Cr3MOE进行了喷丸强化，采用X射线衍射应力分析方法研究了旋转弯曲疲劳过程中喷丸表面残余应力的松弛变化规律。结果表明，在疲劳循环过程中，残余应力的松弛主要发生在疲劳的初始循环100周次内，疲劳循环100周次后残余应力基本稳定在某一个应力水平上，而且其中的大幅度松弛发生在疲劳的初始循环10周次内。对比不同应力水平下的松弛行为，在疲劳极限以上的应力水平下，残余应力松弛的幅度和速率都较大。对喷丸后的试样在疲劳试验前先进行200℃／2h的保温提前应力松弛处理，然后再进行疲劳试验，200℃／2h的保温处理可降低残余应力松弛的幅度和速率甚至在低于疲劳极限的应力水平时只发生小的松弛或不发生松弛。但由于喷丸强化试样疲劳裂纹往往从次表层萌生，表面残余应力的松弛只能作为评价材料疲劳性能的一个参考数值，在工程应用时不能只依据表面残余应力来判定材料的疲劳性能。     

超高强度钢喷丸表面残余应力在疲劳过程中的松弛规律

对超高强度钢23Co14Nil2Cr3MoE进行了喷丸强化,采用X射线衍射应力分析方法研究了旋转弯曲疲劳过程中喷丸表面残余应力的松弛变化规律.结果表明,在疲劳循环过程中,残余应力的松弛主要发生在疲劳的初始循环100周次内,疲劳循环100周次后残余应力基本稳定在某一个应力水平上,而且其中的大幅度松弛发生在疲劳的初始循环10周次内.对比不同应力水平下的松弛行为,在疲劳极限以上的应力水平下,残余应力松弛的幅度和速率都较大.对喷丸后的试样在疲劳试验前先进行200℃/2h的保温提前应力松弛处理,然后再进行疲劳试验,200℃/2h的保温处理可降低残余应力松弛的幅度和速率甚至在低于疲劳极限的应力水平时只发生小的松弛或不发生松弛.但由于喷丸强化试样疲劳裂纹往往从次表层萌生,表而残余应力的松弛只能作为评价材料疲劳性能的一个参考数值,在工程应用时不能只依据表面残余应力来判定材料的疲劳性能.     

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。     

喷丸对DD6单晶合金表层状态及低周疲劳性能的影响

研究喷丸强化对单晶合金表面粗糙度、残余应力及梯度和组织形态等表层性能的影响,并通过低周疲劳性能实验评价喷丸参数的影响,结合表层性能和断口分析,探讨喷丸强化机理。结果表明:改进侧倾法适用于测试DD6单晶喷丸强化后的表面残余应力,极图法适用于测试喷丸强化残余应力梯度;经喷丸强化后,DD6单晶的低周缺口疲劳寿命明显提高,其中采用陶瓷丸、喷丸强度0.20 mmA试样的疲劳寿命最高,其平均寿命较原始试样提高6.5倍;随着喷丸强度提高,虽表面粗糙度增大,但DD6单晶残余压应力深度及表层位错密度增加,使其疲劳寿命延长。     

喷丸强化对FGH4097粉末高温合金室温高周疲劳极限的影响

对FGH4097粉末高温合金进行喷丸强化,测定室温下高周疲劳极限,利用SEM观察疲劳断口特征及喷丸表面形貌,X射线应力仪和超微小动态显微硬度仪测定试样表层残余应力(σr)和超显微硬度(DHV),采用EBSD及TEM观察喷丸强化层的微观特征。结果表明:室温下,与未喷丸试样相比,喷丸后残余压应力更大、更深、更稳定,有利于提高疲劳裂纹萌生抗力及降低裂纹扩展速率;喷丸表层的高位错密度、大量小角度晶界及软取向晶粒数量减少阻碍疲劳裂纹在表面萌生,从而FGH4097高周疲劳极限提高20.7%。     

喷丸处理EA4T车轴钢疲劳性能和残余应力松弛行为研究

目的 研究不同喷丸工艺处理EA4T车轴钢的疲劳性能和破坏行为,并分析表面影响层性能,尤其是表面残余应力对疲劳强度的影响机理。方法 采用传统喷丸（CSP）和微粒子喷丸（MSP）工艺分别对EA4T车轴钢进行处理,对不同喷丸处理后的试样进行表面性能分析,然后采用旋转弯曲疲劳试验机进行疲劳试验,获得疲劳S-N曲线和残余应力松弛过程,并通过扫描电镜对发生疲劳失效的断口进行观察。结果 与CSP相比,MSP可以引入更高的表面硬度和残余压应力,同时又可以有效地减小表面粗糙度。喷丸可以有效地提高试样的疲劳性能,CSP和MSP分别提升了试样疲劳极限的25%和33%。所有喷丸试样残余应力松弛与循环次数（10≤N≤107）之间存在线性关系,这个线性关系可以用经验公式定量描述。在相同加载应力下,CSP试样的残余应力松弛过程比MSP试样更快,当试样在疲劳加载过程中发生残余应力松弛后,剩余的残余压应力高于初始值的80%时,疲劳失效不会发生。所有试样的疲劳裂纹均萌生于表面,喷丸没有改变试样的疲劳断裂机制。结论 与CSP相比,MSP可以引入更优的表面影响层,在相同加载应力下有更加缓慢的残余应力松弛过程,从而可以进一步提高试样的疲劳性能。另外,残余压应力、表面完整性是影响疲劳极限提升的主要因素。     

磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响

为研究后混合磨料水射流喷丸对渗碳后GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响规律,利用X射线应力衍射仪、粗糙度仪、显微硬度仪、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析了水射流喷丸强化对试样表面残余应力场、粗糙度、硬度、形貌、组织的变化规律,并用升降法测定了抛光及抛光+水喷丸两种状态下渗碳GDL-1钢拉压疲劳性能。结果表明:试样经水喷丸处理后,表面粗糙度有所增加,并且有磨料撞击形成的小凹坑及在表面残留有玻璃磨料,但同时表层脱碳层大部分被去除,硬度得到显著提升、残留奥氏体含量降低,晶粒得到细化,并且在表面形成一定深度的残余压应力层。经水喷丸处理的试样,其较未经水喷丸的疲劳极限提高了19%,且疲劳源全部在远离表面接近1/2R位置形成,这说明水射流喷丸在表层产生的高残余压应力和晶粒细化可以显著提高渗碳钢的疲劳性能。     

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。     

表面完整性对马氏体不锈钢疲劳性能的影响

研究了马氏体不锈钢表面喷丸强化后表面粗糙度，表面形貌，表面残余应力和表面层残余压应力场等表面完整性的变化及其对疲劳性能的影响，结果表明：马氏体不锈钢对表面粗糙度比较敏感，经喷丸强化后产生的残余压应力有利于提高疲劳寿命，且采用低喷丸强度时对疲劳性能更加有利。     

喷丸对H13钢单边带缺口试样疲劳裂纹扩展行为的影响

喷丸工艺通过改变试件的表面形貌、微观组织及残余应力等表面完整性可以影响裂纹的萌生和扩展;对于存在缺陷的试件,喷丸的作用机制和影响结果有所不同。采用白光干涉仪、SEM、XRD及显微硬度计等对单边带缺口的H13钢薄板试样喷丸前后的表面完整性进行了测定。并借助原位SEM开展了系列裂纹扩展试验,分析了喷丸对试样疲劳寿命、裂纹扩展速率以及疲劳断口特征的影响。研究结果表明,虽然残余压应力诱发裂纹闭合,但由于喷丸后表面粗糙度的大幅提高增强了缺口效应,表面加工硬化使得韧性有所降低,以及残余应力在加载过程中发生松弛等因素,喷丸后单边带缺口试样的裂纹萌生过程缩短,疲劳寿命降低,且裂纹扩展速率的变化较小。喷丸前后疲劳断口形貌均为准解理特征,喷丸后断口近表面处的撕裂棱特征消失。     

300M钢表面喷丸强化工艺应用研究

目的 对比和研究300 M钢的铸钢丸和陶瓷丸喷丸强化后的效果,选择合适的300 M钢喷丸强化工艺.方法 采用铸钢弹丸和陶瓷弹丸以不同喷丸强度对300 M钢表面进行喷丸强化,研究对300M钢表面粗糙度、表面残余压应力及疲劳寿命的影响.结果 随着喷丸强度的增大,300 M钢表面粗糙度增大,但在相同或相当的喷丸强度下,采用陶瓷弹丸喷丸强化可获得更小的表面粗糙度;试样表面残余压应力均为先增大后减小,分别在喷丸强度为0.25A和0.2A时达到最大值.在大应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300M钢中值疲劳寿命增益均不明显;在小应力水平试验条件下,两种弹丸不同喷丸强度下的300 M钢中值疲劳寿命增益差异显著,铸钢弹丸喷丸强化最大值达到22,陶瓷弹丸喷丸强化最大值达到38.结论 铸钢丸和陶瓷丸喷丸均可以提高300 M钢的疲劳寿命.相对于铸钢丸喷丸,300M钢的陶瓷丸喷丸后的粗糙度水平更低,疲劳寿命更长.     

温度场下17-4PH钢喷丸表面残余应力松弛及疲劳强度

采用喷丸处理对17-4PH不锈钢进行表面强化,研究了温度场对其残余应力和疲劳性能的影响。结果表明,结合扫描电镜等微观结构分析,采用X射线无损检测技术对室温下17-4PH不锈钢在不同喷丸参数处理后的表面残余应力进行了评价,利用旋转弯曲疲劳试验机测试了喷丸后样品的S-N疲劳曲线。然后,采用优化的喷丸处理方法,研究了17-4PH材料在150、300和450 ℃不同温度场下的高温疲劳性能和表面残余应力松弛特性。实验结果表明,17-4PH不锈钢的最佳室温喷丸工艺应选用低强度喷丸参数。同时,针对此最佳喷丸强化工艺的高温疲劳试验表明,当环境温度T<300 ℃时,喷丸能显著提高17-4PH不锈钢的疲劳寿命,当温度T>450 ℃时,17-4PH的疲劳性能反而显著降低。进一步分析表明,对于喷丸后17-4PH的高温服役,其疲劳性能降低机理是由于残余应力的严重松弛和表面完整性的降低。     

喷丸强化对12Cr马氏体热强钢疲劳性能的影响

对12Cr马氏体热强钢1Cr12Ni3Mo2VN进行不同工艺的喷丸。研究了不同工艺产生的残余应力场分布和1Cr12Ni3Mo2VN钢室温及高温疲劳性能。结果表明,喷丸强度和表面覆盖率共同影响1Cr12Ni3Mo2VN钢残余应力场分布;1Cr12Ni3Mo2VN钢室温疲劳性能主要与喷丸强度有关,经过特定工艺喷丸后,室温疲劳性能提高了6倍;表面覆盖率对1Cr12Ni3Mo2VN钢室温疲劳性能影响较小,对高温疲劳性能具有明显的影响,经过0.12A、100%覆盖率喷丸后,高温疲劳性能提高了2倍,表面覆盖率升高将导致1Cr12Ni3Mo2VN钢高温疲劳性能下降,当覆盖率提高到400%,高温疲劳寿命基本没有提高,与原始试样相当。     

The effect of hole drilling on fatigue and residual stress properties of shot-peened aluminum panels

The effect of hole drilling after shot peening on the fatigue life and residual stress state of selected aluminum alloys was investigated. Compared to the unpeened condition, the hole drilling after shot peening reduced the fatigue life of the 2024-T351 and 2324-T39 alloys to a small extent. On the other hand, the fatigue life of 7150-T7751 decreased considerably due to hole drilling after shot peening. A compressive residual stress was at the surface of the shot peened specimens. Hole drilling reduced the compressive residual stress by 60%. The excess dislocation density was mostly concentrated at the surface of the specimens.