球铁凸轮的磨削裂纹

用扫描电镜观察裂纹的形貌及分布，针对凸轮的磨削特性及金相因素对裂纹敏感性的影响，分析了裂纹的发生及护展机理。在实验研究的基础上确定了防止磨削裂纹的措施，工艺改进后凸轮轴的裂废率由原来的１２％下降至１．５％以下。     

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。     

喷丸强化技术最新进展与装备

金属表面经喷丸后将产生残余应力即强化,成为延长疲劳寿命最有效的途径.本文介绍了喷丸强化的丸粒硬度、分选、速度、流量控制;强化效果检测、监控等方面的最新进展;当今几种最常用的与最新成就的抛丸强化装备.     

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.     

涡轮盘榫槽裂纹失效分析及喷丸强化改进

对航空发动机涡轮盘服役后产生的榫槽裂纹进行失效分析,并通过喷丸强化改进。通过断口分析对故障涡轮盘进行失效原因确定;针对该种材料(GH2132)开展喷丸强化工艺试验,并在表面残余压应力、高温疲劳寿命及断口和显微组织等方面进行分析。结果表明故障涡轮盘属于疲劳断裂,疲劳裂纹并不是材料本身原因引起的,而是与应力集中和加工过程有关;实施表面喷丸强化工艺后,形成很高的表面残余压应力,高温疲劳寿命较喷丸前提高1～2个数量级,断口分析显示为单一疲劳源,显微组织显示晶粒明显细化。即涡轮盘榫槽裂纹为表面加工缺陷引起的疲劳断裂;喷丸强化则能够提高其高温疲劳强度极限,而喷丸强化层内的残余压应力和精细的亚晶粒是提高疲劳强度的主要因素。     

喷丸强化齿轮残余应力的实验研究

喷丸能有效增加轮齿表面层的残余压应力,提高齿轮接触疲劳强度.本文通过X射线残余应力测试法,针对齿轮在喷丸前后和服役过程中轮齿表面层的残余应力变化进行实验研究,尤其探讨了齿廓表面不同部位残余应力在疲劳加载后的变化,并分析其变化的规律性,为提高轮齿喷丸疲劳强度提供依据.     

喷丸强化因素对Ti合金微动疲劳抗力的作用

探讨了喷丸强化（SP）三因素（残余压应力引入,表面粗糙度增大和表面加工硬化）在改善Ti合金微动疲劳（FF）性能中的作用规律和机制。结果表明,SP引入表层残余应力和导致粗糙度增大对提高Ti合金FF抗力起重要作用。前者的作用大于后者,且二者之间存在协同作用效应,即SP表面因粗糙度增大而减缓了表层残余应力的SP引入的表面残余应力主要通过增加裂纹闭合力,抑制FF裂纹早期扩展来提高FF抗力。在表面应力集中严重的接触几何条件下,裂纹扩展控制FF过程,此时SP层残余应力的作用更加显著。     

激光冲击与喷丸复合强化TC17钛合金表层残余应力研究

目的 分析激光冲击与机械喷丸复合强化钛合金表层残余应力场及其在疲劳载荷下的稳定性。方法 采用薄壁叶片强化参数先后对TC17钛合金表面进行激光冲击强化和喷丸强化,利用X射线衍射法分析两种工艺复合强化表层的残余应力分布,并分别在25、400 ℃拉-拉疲劳加载条件下分析复合强化表层残余应力的稳定性。结果 激光冲击与喷丸复合强化表面残余应力值为-600 ~ -800 MPa,残余压应力幅值沿深度不断递减,压应力层深度为0.7~0.8 mm。表面至0.1 mm深度范围内的残余应力分布梯度较大,其分布特征主要受控于喷丸工艺,而距表面0.1 mm以下的残余应力分布梯度较小,其分布特征受控于激光冲击强化工艺。结论 激光冲击和喷丸强化顺序对最表层残余应力的均匀性有一定影响,对最表层以下的残余应力分布影响较小。复合强化表面残余应力在室温疲劳加载后具有较好的稳定性,在400 ℃疲劳加载下发生一定量松弛后趋于稳定。     

解决模具磨削裂纹的措施

介绍了模具磨削裂纹产生的原因和防止模具产生磨削裂纹的措施，对模具的加工具有指导意义。     

钛及钛合金喷丸强化研究进展

喷丸强化能够显著提高钛及钛合金材料的常规抗疲劳性能和微动疲劳抗力,在最佳的喷丸工艺条件下可以得到较好的性能.本文从组织强化、应力强化、残余压应力及其松弛、表面粗糙度几方面叙述了钛合金的喷丸强化机制和研究进展.最后阐述了喷丸强化对钛合金力学性能的影响研究.     

喷丸对钨面对等离子体材料表面强化研究

利用机械喷丸技术对钨核聚变面对等离子体材料进行表面强化研究,结合喷丸前后钨性能改善进行强化效果分析及喷丸参数的优化。主要包括微观形貌、晶粒细化、表面粗糙度、表面硬化和表面残余压应力等表征参数。其结果显示,对钨脆而硬的材料而言,在100%覆盖率情况下,0.3MPa喷丸压力、0.4mm陶瓷丸、100mm垂直喷丸距离是比较合适的喷丸参数,其材料表面性能提高显著。表面硬度提高高达53.3%,残余压应力提高8.3倍,表面细化晶粒现象明显,而且对表面粗糙度影响不大,最高1.5μm左右。     

金属零件表面改性的喷丸强化技术

传统的机械喷丸工艺在工业界已经得到广泛的应用。随着激光技术的发展,出现了一种新的加工工艺——激光喷丸。它们都能改善金属零件表面的机械性能,尤其是在表面产生压缩应力,使零件的抗应力腐蚀等能力大为提高,从而延长零件的疲劳寿命。由于激光喷丸具有形成的残余压应力比机械喷丸深等优势,因而强化效果更佳。     

汽车曲轴模具的喷丸强化工艺与生产验证

汽车曲轴模具由于工作条件恶劣,寿命较低。将喷丸强化工艺应用于曲轴模具的强化处理。通过对喷丸处理的5CrNiMo试样进行显微硬度实验,粗糙度检测和磨损性能试验,证实了该方法对于提高模具寿命的有效性,并进行了生产验证。     

45钢表面增压喷丸纳米化及其耐磨性研究

采用增压喷丸方式对45钢进行表面处理,在材料表面制得纳米结构表层,利用SEM、TEM、XRD等方法对纳米结构表层进行了观察与分析,采用盘一销式摩擦磨损试验机研究了纳米化前后表面的磨损性能.结果表明:增压喷丸使45刚表面发生严重的塑性变形,变形厚度约30μm,表层纳米晶尺寸约65nm,硬度比基体提高2倍:在低载油润滑条件下45钢表面纳米化后表现出优异的耐磨性能.     

相同喷丸强度条件下喷丸强化效果的数值模拟研究

目的优化喷丸工艺参数的匹配方式,进一步提升喷丸强化效果。方法采用预定义场和基于移动矢量的快速建模方法,实现了受喷构件表面100%表面覆盖率的喷丸模拟,并借助三维喷丸有限元模型研究了不同喷丸工艺参数匹配方式对受喷构件表面粗糙度、弹丸撞击时的能量转变方式的影响。结果当喷丸强度均为0.35 mmN时,四种喷丸工艺参数匹配方式对应的表面粗糙度分别为3.156、2.760、2.249、2.081μm,应力集中系数分别为1.205、1.142、1.103、1.071,动能消耗率分别为89.94%、85.53%、82.86%、80.04%,应变能转化率分别为7.99%、9.67%、11.82%、14.29%。结论与其他喷丸工艺参数匹配方式相比,所用喷丸工艺参数中弹丸直径愈大、喷射速度愈低,对应受喷构件表面粗糙度和应力集中系数愈小,有利于降低喷丸强化效果的削弱程度。在弹丸撞击初始动能大致相当的情况下,尽管"大弹丸直径+低喷射速度"参数条件下对应的动能消耗率较低,但应变能转化率较高,撞击过程中摩擦耗散能较少,有利于大塑性应变和残余压应力的产生,可获得较好的喷丸强化效果。     

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。     

喷丸处理对锆合金微动磨损及抗腐蚀性能的影响

目的探索喷丸处理工艺对锆合金包壳管的微动磨损及抗腐蚀性能的影响。方法对锆合金包壳管进行喷丸处理,对原始试样及喷丸处理试样进行微动磨损试验,并测量磨损深度和磨损体积、表征微动磨损后的表面粗糙度和表面形貌。此外,对原始试样及喷丸处理试样进行腐蚀试验,测量喷丸前后锆合金的腐蚀增重。结果喷丸处理使ZIRLO锆合金的磨损体积相对于未处理试样减少了5.7%。喷丸处理能够提高ZIRLO锆合金包壳管的硬度,但是高硬度区域较薄,约为4～8μm。腐蚀介质为去离子水和Li OH溶液时,喷丸试样的腐蚀增重分别经过140 d和220 d后低于原始试样。Li OH溶液条件下,未喷丸的ZIRLO合金管氧化膜的厚度约为15μm,喷丸后ZIRLO合金管氧化膜的厚度约为1.21μm。结论喷丸处理在一定程度上可以提高ZIRLO锆合金抗微动磨损性能和抗腐蚀性能,其中抗微动磨损性能有提高,但幅度不大,这与硬化层较薄有关。喷丸后试样经过腐蚀试验,腐蚀增重减少,氧化膜厚度减小,说明抗腐蚀性能增强,但喷丸试样的抗腐蚀性能在腐蚀进行到一定阶段时才开始体现。     

强力喷丸对合金渗碳齿轮表面接触疲劳强度的影响

通过对合金渗碳齿轮试片进行多次强力喷丸试验,研究了不同喷丸参数下的强力喷丸效果及喷丸后的低温时效处理对齿轮试片表面接触疲劳强度的影响。为强力喷丸工艺更好地应用于工业生产提供参考。