A-100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场研究

为研究A-100钢开缝衬套挤压工艺,提高孔的疲劳性能,使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样,研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明,由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σ_h),σ_h值随开缝衬套挤压过盈量(I_ce)增加而显著增大,当I_ce =0.4mm时,σ_h值可达-500MPa以上。未铰削的挤压试样,孔边缘残余压应力最大,可达到-680MPa,随着铰削量(R)的增大,σ_h降低,而当R=0.7mm时,σ_h仅剩余28%。保温10小时后,各点σ_h值均明显降低, 350℃下孔边缘σ_h仅存14%。     

A100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场

为研究A-100钢开缝衬套挤压工艺,提高孔的抗疲劳性能,使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样,研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明,由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σh),σh值随开缝衬套挤压过盈量(Ice)增加而显著增大,当Ice为0.4mm时,σh值可达-500 MPa以上。未铰削的挤压试样,孔边缘残余压应力最大,可达到-680MPa,随着铰削量(R)的增大,σh降低,而当绞削量达到0.7mm时,σh仅剩余28%。保温10h后,各点σh值均明显降低,350℃下孔边缘σh仅存14%。     

光整滚光和开缝衬套挤压孔结构表面完整性及疲劳行为研究

目的 澄清光整滚光和开缝衬套挤压孔结构疲劳行为和强化机制的区别。方法 采用传统钻-铰、光整滚光、开缝衬套挤压等三种不同工艺,制备TA15钛合金含ø8.75中心圆孔疲劳试样,通过恒幅拉-拉对比疲劳试验和疲劳数据统计分析方法,评价不同工艺制备孔结构的抗疲劳性能。采用体式显微镜观察孔端和孔壁形貌,用触针式表面粗糙度轮廓仪测试孔壁表面粗糙度,用X射线衍射应力测定法测定孔端表面残余应力,用透射电子显微镜观察孔壁材料微观结构,用显微硬度计测定孔壁显微硬度点阵等技术和方法,分析了不同工艺制备孔结构表面完整性。通过扫描电子显微镜标定疲劳断口辉纹平均间距与裂纹长度,用数码长焦显微镜标定孔端表面裂纹长度与疲劳循环周次的关系,并定量分析了不同工艺制备的孔结构疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率。结果 光整滚光和挤压强化分别提高连接孔中值疲劳寿命63%和317%。光整滚光可降低孔壁表面粗糙度Ra至0.52 μm,但改变孔壁附近残余应力状态能力有限,且会在孔端形成尖锐的材料凸瘤;挤压强化后,孔壁表面粗糙度Ra为0.73 μm,在孔壁引入4 mm深、峰值达-500 MPa的残余压应力区,并大幅提高孔壁材料位错密度,且孔端无材料凸瘤产生。结论 光整滚光提高孔结构疲劳寿命的主要机制是,通过降低孔壁表面粗糙度延长裂纹萌生寿命。挤压强化主要机制是,通过引入大深度、高幅值的残余压应力和改善材料微观结构延长裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。因此,挤压强化优于光整滚光技术。考虑到实际机械结构中多为叠层特征孔结构,挤压强化因为不会在孔端遗留材料凸瘤,更有利于保证夹层间隙安装要求。     

孔挤压强化对7050铝合金孔结构疲劳性能的影响

为了探究不同相对挤压量的开缝芯棒孔挤压强化对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了开缝芯棒孔挤压强化有限元模型,开展了开缝芯棒孔挤压强化试验,分析了孔挤压强化试样孔壁残余应力和受载试样孔壁应力分布规律,探究了相对挤压量、残余应力和疲劳寿命之间的关系,揭示了开缝芯棒孔挤压强化工艺的抗疲劳增益效果。研究结果表明：试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大残余压应力为246.8、338.6和367.7 MPa,相对挤压量与孔壁最大残余压应力呈正相关;受载试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大应力为451.2、368.7和321.6 MPa,相对挤压量与孔壁最大应力呈负相关;相对挤压量为2%、3%和4%的试样中值疲劳寿命是相对挤压量为0的1.17、1.52和1.71倍。     

显微组织对TA15合金疲劳性能的影响

研究了显微组织对TA15合金疲劳性能的影响.片状组织、双态组织的S-N曲线在1×106-2×106寿命处相交.在低循环区域(LCF),双态组织的疲劳强度优于片状组织;在高循环区域(HCF),片状组织的疲劳极限高于双态组织.     

等通道转角挤压工艺对TA15合金显微硬度的影响

研究近α钛合金TA15经等通道转角挤压工艺(ECAP)加工后的维氏显微硬度及其变化规律。结果表明:TA15合金经ECAP挤压后,显微硬度显著提高,且合金试样外层硬度略高于芯部。合金的显微硬度与组织畸变程度、位错密度、晶粒尺寸以及相组成等密切相关。相变点以下挤压,挤压温度越低,硬度越高;相变点以上挤压,由于挤压后水冷过程中在β相内产生针状马氏体α′,硬度明显高于相变点以下挤压。模具转角越小,显微硬度越高。随挤压次数增加,硬度先增大后保持基本不变,而挤压路径对硬度的影响与挤压次数、挤压后细化效果密切相关。TA15合金经ECAP后退火,显微硬度明显降低。     

热处理对TA15钛合金高周疲劳性能的影响

以不同热加工工艺获得的TA15合金d18 mm规格棒材为例,研究氧含量的变化和热处理制度以及初生α相对其高周疲劳强度的影响。结果表明:热处理制度和氧含量的变化对TA15合金高周疲劳性能的影响不大,初生α相对高周疲劳性能的影响显著,当初生α相的含量由15%～20%提高到33%～40%时,疲劳强度可以提高25%左右。     

汽车曲轴用TA15合金在电子束焊接过程中的疲劳性能研究

以TA15合金为对象,利用扫描电子显微镜观察疲劳断口形貌,研究了氢含量对TA15合金电子束焊接区疲劳性能的影响。结果表明,充氢使得TA15合金焊缝区的韧性降低,脆性增加,裂纹扩展速度变大,降低其疲劳性能。     

TA15钛合金潜弧焊焊接接头疲劳损伤研究

本文对TA15钛合金潜弧焊焊接接头性能进行了研究,结果表明,TA15钛合金潜弧焊焊缝晶粒粗大,热影响区晶粒尺寸过渡明显,焊缝与热影响区界限不明显.焊接件的疲劳试验结果表明,潜弧焊焊接接头的疲劳性能较母材有较大的下降,距焊缝中心线距离为6mm～14mm的焊接区域是焊接接头的薄弱部位,疲劳裂纹大多萌生于此区域.     

不同工艺制备TA15钛合金管材北大核心CSCD

采用锻造法、挤压法、斜轧法3种不同工艺制备TA15钛合金管材,并对比了性能、组织、外观尺寸及生产成本等方面的差异。结果表明:3种工艺均可以制备抗拉强度为900~1130 MPa,伸长率≥9%,断面收缩率≥25%,冲击功≥28 J的TA15钛合金管材,且锻造法制备的管材的表面质量及尺寸精度较挤压法和斜轧法更好;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材的显微组织为α+β双态组织,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的显微组织为粗大的魏氏体组织;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材均具有良好的强度、塑性及冲击韧性等综合性能,但加工成本较高,适用制作性能要求高的零部件,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的塑性较差,但加工成本最低,适用使用要求低的场合。研究为根据不同需求选择合适的工艺提供了理论指导。     

GCr15钢花键轴套冷挤成形

对GCr15钢花键轴套零件的冷挤压工艺进行了分析 ,制定了先正挤花键后镦挤球头体的挤压方案 ,并介绍了该零件的冷挤压模结构及其特点     

微量氢对电子束焊接TA15钛合金疲劳寿命的影响

对TA15钛合金电子束焊接试样进行充氢,研究了充氢对显微组织形态的影响,并对微量氢对TA15疲劳寿命影响进行考察。显微组织研究表明:充氢量低于0.105%(质量分数)时,氢以固溶态存在于合金中,并未形成氢化物。疲劳试验结果表明:随充氢量的增加,疲劳寿命大幅下降;这是由于微量氢的存在降低了TA15合金的韧性,固溶氢增加了疲劳裂纹的扩展速率,且氢通过影响裂纹尖端的性能加速疲劳裂纹扩展。焊缝区马氏体束呈团状结晶,且以团为单位统一变形,导致断口上呈团簇形态;且氢对马氏体团疲劳扩展中的行为有一定影响。     

TC21钛合金板孔冷挤压残余应力与疲劳性能研究

针对飞机后机身框TC21损伤容限钛合金带孔零件在服役过程中易过早产生疲劳裂纹的问题,采用开缝衬套冷挤压强化工艺进行了不同挤压量下的孔强化实验,并对挤压强化后的试样进行疲劳试验研究,得到了挤压量对TC21钛合金疲劳增益的影响规律。通过有限元仿真的方法研究了挤后孔边残余应力分布规律,从宏观和微观两方面观察和分析了不同挤压量下的疲劳断口形貌,探讨了冷挤压对孔边疲劳裂纹的萌生和扩展的影响,揭示了疲劳增益机理。研究结果表明,冷挤压强化后的孔边存在明显的切向压缩残余应力,改变了孔边裂纹萌生位置,延长了交变载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命,疲劳寿命随着挤压量的增大而明显提高,挤后试样疲劳寿命均提高50%以上。     

退火制度对TA15挤压管材的组织与性能的影响

研究了TA15钛合金挤压管材的退火制度对组织及性能的影响。结果表明,TA15钛合金挤压管材随退火温度从700℃升高到960℃,Rm分别从1050MPa降到985MPa,A从14％升到15％,表明强度下降幅度甚小、塑性变化不大。在700～850℃退火可消除管材内应力并有部分再结晶,温度升高到900℃时,TA15再结晶进行得充分完全,组织得到了细化、球化,管材的力学性能良好。     

分步拉伸变形对TA15合金超塑性的影响

采用分步变形法对TA15合金在10 kN高温电子拉伸试验机上进行了超塑性拉伸试验,研究了变形温度和预变形量对该合金超塑性性能及微观组织演变。结果表明:变形温度为850~950℃和预变形量为100%~200%时,TA15合金呈现出良好的超塑性;变形温度为900℃和预变形量为150%时,该合金的超塑性能最好,最大延伸率为1456%;变形温度为950℃时,该合金的超塑性能降低,延伸率仅为188%。TA15合金的微观组织状态显示:该合金在拉伸变形过程中微观组织保持等轴状,但是随着变形温度的升高,晶粒开始长大,变形温度越高,晶粒长大越显著。     

退火对TA15钛合金组织与性能的影响

研究了退火对TA15钛合金大锻件强度的影响。结果发现TA15钛合金的强度随退火温度的升高而增加 ,而塑性随退火温度的升高而降低 ,二次退火对其强度和塑性影响不明显。金相观察表明 ,退火温度增高 ,等轴α相减少 ,β转变组织增多。结果表明 ,适当提高退火温度有利于强度的提高。     

孔挤压强化对23Co14Ni12Cr3MoE钢疲劳性能的影响

采用孔挤压强化工艺使23Co14Ni12Cr3MoE高强度钢表面层产生残余压应力,用X射线应力分析仪测定了孔挤压强化残余应力场,对比了带孔试样机械加工与挤压强化状态下的疲劳S-N曲线,用SEM观察分析了疲劳断口特征.结果表明,23Co14Ni12Cr3MoE高强度钢经孔挤压强化后,1×106循环周次下的条件疲劳极限提高了26%;孔挤压试样的裂纹特征为1/2椭圆状的表面裂纹,而机械加工试样的裂纹特征是1/4椭圆状的角裂纹.     

冷却速度对TA15ELI合金组织与性能的影响

研究了不同冷却方式（水冷，空冷和炉冷）对Ti-6Al—2Zr-2V-1Mo（质量分数，下同）ELI（TA15 ELI）合金43mm厚板双态组织中次生α片厚度，以及对该合金双态组织和等轴组织损伤容限性能的影响。结果表明：水冷时α片厚约1μm，空冷时α片厚为2μm～4μm，炉冷时α片过于增厚，几乎完全溶于等轴α相内，形成完全等轴组织。次生α相的变化对该合金的屈服强度和断裂韧性产生很大影响，但对疲劳裂纹扩展速率影响不大，疲劳裂纹主要以切过或沿等轴α相界面扩展。采用Paris（dα／dN=c（△Kn）^n公式对3种合金组织疲劳裂纹扩展数据进行拟合，其结果为：c=1-8×10^-8，n=3.12-3.28。     

Effect of Cold Expansion on High Cycle Fatigue of 7A85 Aluminum Alloy Straight Lugs

提出采用孔挤压方法来提高7A85铝合金直耳片的高周疲劳性能。孔挤压后耳片孔壁的显微组织、显微硬度和残余应力的测试结果表明孔挤压后孔壁处形成了大约150 μm 的塑性变形层。塑性变形层内,显微硬度较高,存在残余压应力,且晶粒在平行于挤压棒运动方向上被拉长,垂直于挤压棒运动方向上被压缩。高周疲劳测试结果表明,孔挤压后的耳片疲劳寿命和疲劳强度均得到了较大的提高。通过对比孔挤压与未孔挤压耳片的疲劳源区和裂纹扩展形貌,分析了孔挤压提高7A85铝合金耳片疲劳性能的内在机理     

扫描方式和退火热处理对激光快速成形TA15钛合金组织与性能的影响

分别采用单向扫描和编织扫描方式,激光快速成形了两个TA15钛合金厚壁零件,研究了扫描方式、退火热处理对TA15钛合金组织和拉伸力学性能的影响。结果表明,激光快速成形TA15钛合金具有良好的金相组织热稳定性。编织扫描方式可显著细化TA15钛合金的金相组织,与单向扫描方式制备的TA15钛合金相比,编织扫描方式制备的TA15钛合金具有更高的力学性能。两种扫描方式制备的TA15钛合金,其沉积态和热处理态的拉伸性能具有各向异性,经940℃/1 h/AC热处理后,两种扫描方式制备的TA15钛合金沿水平方向和垂直方向的拉伸力学性能均超过TA15钛合金退火锻件的力学性能标准。