超声冲击对Q460高强钢焊接接头残余应力及组织性能的影响

以Q460高强钢焊接试板为研究对象,采用超声冲击处理接头表面,研究超声冲击对焊接残余应力及组织性能的影响。研究结果表明:超声冲击可以有效降低焊接残余应力,并使拉应力转化为压应力;超声冲击消除了焊缝与母材过渡区域的凹坑与尖角,焊趾处变得圆滑;超声冲击细化了表层晶粒,细化层深度约120μm;超声冲击后表面显微硬度提高了40 HV0. 2,硬化层深度约2 mm。     

冷喷涂对2219铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能的影响

为了改善铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力与力学性能,在4 mm厚2219铝合金搅拌摩擦焊接头上表面进行冷喷涂试验,研究分析了冷喷涂前后接头残余应力与力学性能的变化. 结果表明,焊态接头纵向残余应力呈不对称“M”形分布,残余应力峰值位于前进侧靠轴肩附近;冷喷涂后,接头残余应力大幅度降低,残余应力峰值由186 MPa降低至43 MPa.涂层沉积厚度约200 μm,涂层与基体界面产生了较大的塑性变形,基体界面附近组织晶粒得以细化.由于冷喷涂过程的喷丸效应,接头上表面显微硬度平均提高了25 HV,作用深度约1 mm.接头拉伸性能也获得明显改善,抗拉强度提升6.3%,断后伸长率提升78.6%,焊态与冷喷涂态的拉伸试样均在接头前进侧的热影响区附近发生断裂,符合在低硬度区或弱结合面产生裂纹并扩展的弱区断裂的特征.     

超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面纳米化与摩擦磨损性能的影响

目的 利用超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面进行强化处理,并研究超音速微粒轰击对材料表层组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。方法 采用三维显微形貌仪、透射电镜、背散射电子仪、扫描电镜、X射线残余应力分析仪、显微硬度仪等仪器观测GCr15SiMn轴承钢强化前后的微观组织、表面粗糙度、力学性能,并使用UMT-2摩擦磨损试验机对试样强化前后的摩擦磨损性能进行检测。结果 经过超音速微粒轰击强化处理的GCr15SiMn钢试样的表面粗糙度增加,表层结构发生严重的塑性变形,形成约20 μm厚的塑性变形层,片状马氏体细化至纳米级,平均晶粒尺寸约为13 nm,碳化物平均粒径由0.48 μm减小到0.45 μm,数量增加了约18%。试样表层引入了300 μm的硬化层,表面硬度从740HV0.05提高到了996HV0.05,距表面10 μm处出现硬度最高值为1 056HV0.05,硬度提高了42.7%。试样引入深度为60 μm的残余压应力层,样品表面残余应力为‒1 246 MPa左右。经过超音速微粒轰击后,强化试样平均摩擦因数略高于原始试样,而磨损率得到了大幅度降低,磨损机理主要为磨粒磨损,伴有少量的氧化磨损和黏着磨损。结论 经过超音速微粒轰击的GCr15SiMn轴承钢表面粗糙度增加,表层晶粒细化至纳米级;表层构建了残余应力层和硬化层;强化引入的残余应力和因强化处理引起的加工硬化、细晶强化改善材料的耐磨性。     

超声表面机械研磨处理对6061铝合金FSW接头疲劳行为的影响

利用超声表面机械研磨处理(USMGT)方法对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊(FSW)接头进行了表面晶粒细化处理,采用光学显微镜、显微硬度仪、扫描电镜等测试手段,对接头组织、力学性能及疲劳性能进行了分析。结果表明,USMGT处理后焊接接头表面形成了包含大量细化晶粒的梯度细晶层,表面细晶层的形成使接头表面硬度得到提高;接头的宏观断裂位置在热机影响区(TMAZ)和热影响区(HAZ)之间,滚压处理强化试样表层,FSW接头内部TMAZ和HAZ之间出现的软化现象无法消除,相比其他区域,该部分依然是疲劳薄弱区,承受载荷时微观裂纹源萌生位置由表面向内部迁移;滚压处理会使表层引入残余压应力,从而使得接头的疲劳性能得到提高,当应力幅值为150 MPa时,USMGT后的接头疲劳寿命达到未处理的3. 5倍。     

超声冲击对Q370qE钢焊接接头性能的影响

采用超声冲击技术对Q370qE桥梁钢对接接头进行了全覆盖超声冲击处理(UID,并通过XRD、显微硬度计、Olympus金相显微镜等对UIT前后Q370qE焊接接头的残余应力、显微硬度、焊趾应力集中系数等性能的变化进行了测试和分析.结果表明,UIT使左焊趾附近的残余压应力由25.6 MPa增高达240.8 MPa,使右焊趾附近17.2 MPa的残余拉应力转变为196.3 MPa的残余压应力;使焊接接头300 μm深度内次表层的显微硬度由100HV0.5提高到206HV0.5,提高了1倍多;使焊趾区平均过渡半径从1.58 mm增加到2.63 mm,焊缝过渡角由38°减小到27°,这有效改善了接头的几何形状,降低了疲劳应力集中系数.这些性能的变化均有利于提高Q370qE焊接接头的抗疲劳性能.     

激光冲击波对X80管线钢焊接接头疲劳性能的影响

利用激光冲击波对X80管线钢焊接接头进行了表面强化处理,通过拉伸疲劳对比试验,采用罗卡提法求出激光冲击强化处理前后X80管线钢焊接接头的疲劳极限。用扫描电镜和X射线衍射仪分析了激光冲击处理前后X80管线钢焊接接头断口形貌和残余应力,并对激光冲击处理提高抗疲劳断裂机理进行探讨。结果表明,激光冲击处理引入了-339 MPa的残余压应力,使X80管线钢焊接接头疲劳强度由445 MPa提高到496 MPa,提高了11.2%;原始状态的试样疲劳裂纹起始于试样表面,经激光冲击处理后焊接接头疲劳源转移至次表层,表层晶粒细化和残余压应力是主要机制,提高了X80管线钢焊接接头的疲劳性能。     

超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究

目的探究超声滚压强化技术对7075铝合金工件表面性能的影响。方法对7075铝合金棒状试样精车加工后进行了超声滚压强化处理。综合使用粗糙度测量仪、表面显微硬度仪、金相显微镜以及X射线衍射应力分析仪,研究了处理前后工艺参数中的压下量对试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面微观组织及表面残余应力等表面性能的影响。结果超声滚压强化处理后,试样表面粗糙度由0.976μm降低至0.047μm,表面显微硬度由105.6HV0.2提高至119HV0.2,显微硬度提高了15%。精车加工后,精车试样的表层组织与心部组织几乎无变化。超声滚压强化后,相对心部组织而言,表层晶粒组织得到显著细化,表层均为残余压应力,压应力深度为1.75 mm。残余压应力最大值位于最表层,最大为-174.0 MPa,且距离最表层越远,残余压应力总体呈减小趋势。结论通过对比研究精车试样与超声滚压试样,发现超声滚压强化工艺可以大大地降低试样表面粗糙度,显著地细化表层试样晶粒与提高表面硬度,改善残余应力的分布,并引入一定深度的残余压应力。     

喷丸对23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢 表面性能的影响

针对23Co14Ni12Cr3Mo超高强度钢材料，研究喷丸强化对其表面性能的影响。采用扫描电镜、白光干涉仪等设备，分析喷丸强化对试样表面形貌、粗糙度、硬度、残余应力、元素含量等的影响。结果表明:喷丸强化后，试样表面留有大量弹坑，产生明显塑性变形；表面粗糙度增大，算术平均粗糙度为1.33 μm；硬度显著增大，最表层硬度由喷丸前的HV 476增加至HV 497，硬化层深度约150 μm；试样表层的残余压应力值由375 MPa增加至475 MPa，最大残余压应力值约518 MPa，位于距表面50 μm深度处，喷丸形成的残余压应力层深度约为134 μm；喷丸后试样中C、Si、Cr等各元素的质量分数均略有增加。喷丸在一定程度上改善了23Co14Ni12Cr3Mo钢材料的表面性能，有利于提高其疲劳抗力和耐腐蚀性。     

高能喷丸对TC4焊接接头组织性能的影响

采用高能喷丸对TC4焊接接头进行表面纳米化处理,利用光学显微镜观察了焊接接头各区域的横截面微观组织,对各区域表层晶粒尺寸进行了X射线衍射分析、采用洛氏硬度计测量了表层各区域的硬度,利用应力仪测试其不同区域的残余应力,并对其进行了表征。结果表明,高能喷丸处理后在TC4焊接接头表面获得一定厚度的塑性变形层,经过高能喷丸处理,在强烈塑性变形作用下接头各区域表层晶粒尺寸均细化到纳米尺度。焊接接头三个区域的表面层硬度一致,且高于高能喷丸处理前试样的硬度;残余应力测试表明,经高能喷丸处理后焊接接头表层各区域均为残余压应力,高能喷丸实现了焊接接头表层组织和性能的均一化。     

Ti-6Al-4V钛合金陶瓷湿喷丸表面强化微观组织与疲劳性能

采用陶瓷湿喷丸强化工艺对Ti-6Al-4V合金进行表面处理。结果表明:经湿喷丸后,材料表面硬度由330HV提高到416HV;表面粗糙度由原始的0.35μm增大到0.48μm,较传统的干喷丸相比,粗糙度值小一个数量级;表面残余应力达-749 MPa,且最大压应力位于最表层,残余压应力层深度约为120μm;拉-拉疲劳强度由605 MPa提高到680 MPa。微观组织分析表明:喷丸处理后钛合金表层位错密度显著增加,晶粒细化,基面织构由(100)向(101)转变。陶瓷湿喷丸强化处理可提高Ti-6Al-4V合金的疲劳强度。     

超声冲击处理对 7A52 铝合金焊接接头表层组织及性能的影响

目的研究超声冲击处理对7A52铝合金焊接接头表层组织及性能的影响。方法用双丝MIG焊接方法对7A52铝合金进行焊接,采用UIT-125型超声冲击机对其焊接接头进行全覆盖处理;通过金相显微镜,对超声冲击处理后的焊接接头组织变化规律进行观察分析;利用显微硬度计和磨擦磨损试验机测试研究其接头力学性能。结果超声冲击处理后,焊趾处形成相对连续、均匀、光滑的过渡圆弧,可以有效地缓解焊接接头的应力集中,7A52铝合金焊接接头表面得到了明显强化,形成一层致密的塑性变形层,接头表面晶粒细化,母材的表层塑性变形厚度可达15μm左右,热影响区的表层塑性变形厚度可达25μm左右,显微硬度和耐磨性显著提高。结论经超声冲击处理后,7A52铝合金焊接接头表面的塑性变形层最厚处可达20μm左右,形成了具有大致平行于焊接接头表面择优取向的形变织构。沿厚度方向1.5 mm内,热影响区的硬度最高可达162HV,焊缝区的最高硬度为113HV,相比之前提高了21.5%,表层的耐磨性得到较为明显的提高。     

6061-T6铝合金DP-MIG焊轧复合成形接头组织与力学性能

为解决6061-T6铝合金焊后热影响区软化导致力学性能下降的问题,基于焊接接头余高大变形强化过时效软化区的思想,采用双轧辊系统对6061-T6薄板铝合金直流双脉冲熔化极气体保护焊(DC double pulse metal inert gas welding,DP-MIG焊)接头进行同步双面轧制,并分析了焊轧复合成形接头组织与力学性能.结果表明,焊缝晶粒受到竖直方向的轧制力发生大塑性变形,内部气孔消失,焊缝区域变宽,邻近焊缝的热影响区受到来自焊缝的挤压力发生协同宏观变形,远离焊缝的过时效软化区组织受到来自焊缝处的压应力,从沿垂直焊缝方向产生部分协同形变强化;接头的硬度明显提升,过时效软化区的硬度由60～70 HV提升至80～90 HV,过时效软化区的拉伸性能也有所提升,当焊接速度为800 mm/min时,抗拉强度最佳可达到母材的83.6%,相较于焊接接头提升19.4%,进而实现了对过时效软化区的强化效果.     

静压力对超声滚压表层特性的影响

目的研究不同静压力对试样表面形貌、粗糙度、晶粒细化程度、随表层深度变化的显微硬度和残余应力的影响。方法运用超声滚压加工技术,采用HEU-Ⅱ系列的超声滚压设备和卧式车床对AISI304不锈钢进行处理,改变静压力,其余参数不变。利用综合扫描电子显微镜、触针式粗糙度仪、金相显微镜、显微硬度仪和X射线衍射分析仪等进行检测分析。结果静压力在300~800 N时能获取较好表面质量,超过800 N后会对表面产生损伤,出现细纹。通过XRD分析,静压力越大,晶粒细化程度越高,X衍射峰的宽化程度也越小。试样表层硬化层深度和硬度随静压力增大而增加,600 N时的硬化层比200 N时增加150μm,硬度增加35%,残余应力在表面表现为压应力,随着静压力增加而增加。当静压力增大到600 N时,最大残余应力由表面转移至材料内部。结论静压力参数在一定的范围内会产生很好的加工效果,超过一定的范围则会带来不良影响,这为运用超声滚压技术加工精密工件奠定了理论基础。     

超声冲击时间对7A52铝合金VPPA-MIG焊接接头的影响

为研究超声冲击处理时间对7A52铝合金VPPA-MIG复合焊接头的组织及性能的影响,试验对单位面积的焊接接头进行2.5,5,10,15,30和75 min的超声冲击处理. 通过观察接头的表面形貌,并对接头进行力学性能测试,以分析超声冲击处理时间对接头的影响. 结果表明,7A52铝合金焊接接头超声冲击处理后,接头表面得到了明显强化,在超声冲击时间15 min时焊缝表面晶粒大小达到26.28 nm;在超声冲击时间75 min时焊缝表面硬度为138.8 HV,比原始焊缝显微硬度提高了36.3%;超声冲击处理30 min时残余压应力最大,为243.3 MPa.     

S355钢激光-MIG复合焊接头显微组织和残余应力

采用激光-MIG(metal inert gas welding, MIG)复合焊接方法对12 mm厚S355钢板进行焊接,分析了9 kW激光功率下复合焊接头显微组织和硬度分布规律. 建立了适合低合金高强钢激光-MIG复合焊接的双椭球 + 三维锥体复合热源模型来描述复合热源的能量分布,采用SYSWELD软件计算了1.0,1.5,2.0 m/min三种焊接速度下激光-MIG复合焊的温度场和接头的残余应力,分析了焊接速度对焊接过程的温度场和残余应力分布的影响. 结果表明,三种焊接速度下粗晶热影响区(coarse grained heat affected zone, CGHAZ)的组织为马氏体,接头的硬度水平较高,最高硬度均在350 HV以上. 焊接速度增加,熔池最高温度下降,焊后冷却速度增加. 等效残余应力水平较高,HAZ位置出现了应力集中;随着焊接速度增加,等效残余应力、纵向残余应力、横向残余应力和厚度方向的残余应力峰值均上升;但焊接速度从1.5 m/min增加到2.0 m/min时,各应力分量的拉应力峰值上升较少,而压应力峰值显著上升.     

多重旋转碾压对铝合金搅拌摩擦焊缝表面的影响

运用快速多重旋转碾压（FMRR）在室温下使搅拌摩擦焊缝表面发生塑性变形,晶粒在压应力和不同方向切应力的作用下,产生位错的交割和剪切.随着碾压的进行,使得焊缝表面的晶粒细化.结果表明,试样未经碾压前,母材截面的显微硬度在80~90 HV范围内波动,当FMRR处理60 min后,表面的最大硬度达到185 HV左右,随着层深的增加,硬度值逐渐降低.垂直于表面方向,随着到表面的距离逐渐增大,晶粒尺寸逐步增大,直至达到基体晶粒尺寸.同时经过快速多重旋转碾压,细化后样品的表面硬度明显提高,随晶粒细化程度增加,硬度增大.