铝合金超声波喷丸成形制件表面完整性研究

采用试验方法对AA2024-T351进行数控超声波喷丸成形,研究了超声波喷丸成形制件的显微硬度、残余应力场、表面形貌、表面粗糙度及半高宽等随超声波喷丸过程参数变化的规律,定性地探讨了AA2024-T351超声波喷丸后表面完整性的改善状况。结果表明:超声波喷丸后,制件的显微硬度得到了明显提高（最大增幅为20%）,同时在材料表面产生了一定厚度的硬化层（深度约为300μm）;制件内部引入数值较高、分布呈现梯度形式的残余压应力场,残余压应力场的临界深度在500~650μm之间,在距表面200μm处产生了最大残余压应力;制件表面形成一道道犁沟,表面喷丸区域的粗糙度Ra有一定程度的增大;制件表面层的半高宽值变大,深度在125μm左右,半高宽的增大表明材料冷作硬化程度加大、晶体内部位错密度有一定程度的增大。显微硬度的提高、残余压应力场的引入及表面层组织的细化有助于喷丸成形制件疲劳寿命、抗磨损和抗腐蚀性能的提高。     

2024-T351铝合金喷丸残余应力松弛模型研究

喷丸引入的残余压应力场可以有效地提高构件的疲劳性能,但残余压应力会随着循环周期而发生松弛,进而降低残余压应力对疲劳性能的增益效果,因此深入研究残余应力松弛规律,有助于更加准确的掌握其对疲劳性能的影响.为了系统性地研究残余应力松弛规律,以2024-T351铝合金标准试件为研究对象,综合考虑应力幅、载荷条件和喷丸引起冷作硬化程度的改变对残余应力的影响,根据理论构建残余应力松弛模型.通过拉伸疲劳试验,基于全寿命试验数据和阶段性试验数据对松弛模型进行验证,证明了模型的有效性.     

喷丸强化对2024铝合金疲劳性能的影响分析

以2024铝合金材料为研究对象,开展了表面喷丸处理对材料疲劳性能的影响研究。采用试验方法对比分析了2024铝合金试件在喷丸强化前后的疲劳性能。在此基础上采用ABAQUS有限元软件模拟分析了喷丸强化后试件的残余应力分布规律。两组疲劳试验数据对比分析表明:喷丸强化后2024铝合金材料的疲劳寿命可以提高(1.53~2.55)倍。有限元分析结果表明:喷丸强化在材料表层引入了残余压应力,从而提高了材料的疲劳性能。分析结果为定量研究喷丸强化对材料疲劳性能的影响提供了参考。     

激光温喷丸强化航空轻质合金的振动模态及疲劳延寿机理

<正>面向航空关键零部件的振动疲劳失效,本文以2024-T351铝合金为对象,探索激光温喷丸技术(Warm laser peening,WLP)诱导的微观组织演变及其对残余应力和模态参量的影响规律,研究WLP的振动疲劳延寿机制。主要内容有:(1)残余压应力的生成及释放机制:分析了WLP诱导的残余应力分布规律,推导了WLP诱导残余压应力峰值及塑性变形深度的理论分析模型。研究了WLP过程中的应力应变本构模型,建立了残余应力场的数值分析方法;分析了残余压应力     

旋片喷丸强化对2024铝合金预拉伸板疲劳性能的影响

采用成组对比法分析了中心开长圆孔的2024铝合金预拉伸板在旋片喷丸强化前后的疲劳性能,通过三维数码显微镜和X射线应力测试仪对其断口形貌和喷丸强化前后孔壁表面的残余应力进行了分析。结果表明:经旋片喷丸强化后,2024铝合金预拉伸板在180 MPa与168 MPa应力下的疲劳中值寿命分别提高了1.727~2.728倍与1.606~2.110倍;经旋片喷丸强化后,2024铝合金表面形成了大约300 MPa的残余压应力,疲劳裂纹源的萌生区域减小且位于铝合金的内部,提高了铝合金的疲劳性能。     

喷丸强化与应力因素对2E12铝合金晶间腐蚀行为的影响

为有效控制2E12铝合金的晶间腐蚀失效行为,采用浸泡腐蚀试验、金相分析技术、扫描电镜分析技术和X射线衍射分析技术等研究了喷丸强化和应力因素对2E12-T3铝合金晶间腐蚀行为的影响规律,并探讨了作用机理。研究结果表明:2E12-T3铝合金具有很高的晶间腐蚀敏感性,拉应力会明显增强其敏感程度,而压应力则会降低其敏感性。采用合理的喷丸强化处理(喷丸强度取0.15 mmN,覆盖率取100%)能够明显降低2E12-T3铝合金的晶间腐蚀敏感性,因为喷丸在铝合金表面引入合理分布的残余压应力,同时使表层晶粒细化,铝合金的电化学活性降低,晶间的选择性腐蚀得到有效控制。然而,喷丸强度过高或喷丸覆盖率过大时,铝合金表面会存在较严重的脱层等损伤性破坏,反而会使2E12-T3铝合金的晶间腐蚀敏感程度提高。     

喷丸工艺对17CrNi2Mo钢喷丸层残余应力分布及残余奥氏体含量的影响

采用不同的喷丸工艺对渗碳淬火17CrNi2Mo钢进行表面强化处理,研究了喷丸工艺对喷丸层残余应力分布及残余奥氏体含量的影响。结果表明:喷丸能在17CrNi2Mo钢表层产生残余压应力,且残余压应力随层深增加而先增加后减小;增大喷丸强度,喷丸层的表面残余压应力、最大残余压应力及其影响层深均增大;增加喷丸次数可增大表面残余压应力和最大残余压应力;喷丸能降低喷丸层的残余奥氏体含量,喷丸强度或喷丸次数越大,残余奥氏体含量越低;残余奥氏体含量随层深增大而增加。     

不同加工工艺对EA4T车轴表面性能的影响

对车削加工后的EA4T车轴进行打磨、滚压和超声滚压等工艺的表面强化处理,测量了经过不同工艺处理后车轴圆弧处的表面粗糙度、表面残余应力和表层硬度,对比观察了不同工艺处理后车轴的表面形貌和表层微观组织。结果表明:超声滚压处理的车轴圆弧表面光洁度最好,粗糙度值低至0.074μm;车轴圆弧处车削加工后表面轴向和周向残余应力都为拉应力,经过打磨、滚压和超声滚压处理后都转变为压应力,超声滚压处理后轴向残余压应力达到-770MPa;超声滚压处理车轴的表面硬度值最大,硬化层深度也最深;超声滚压处理后车轴表层微观组织最均匀,且细晶层的厚度最大。     

不同喷丸强度下镍铝青铜的表面喷丸强化效果

采用0.15,0.20,0.25mm的喷丸强度对铸态镍铝青铜进行了表面喷丸强化处理,对比分析了喷丸前后镍铝青铜表层的残余应力、显微硬度、微观形貌及表面粗糙度,并计算了表层的亚晶尺寸和显微畸变。结果表明:随着喷丸强度的提高,镍铝青铜表面的残余压应力和加工硬化程度都逐渐增大;但喷丸强度过大时,表面粗糙度明显增大并伴随有显微裂纹产生,从而导致表层应力释放,使得残余压应力增大幅度下降,减弱了强化效果。     

喷丸对重载齿轮用18CrNiMo7-6钢抗胶合性能的影响

分别采用传统喷丸、微粒子喷丸、传统喷丸+微粒子喷丸工艺对渗碳淬火齿轮钢18CrNiMo7-6进行表面处理,研究了喷丸处理对表面粗糙度、硬度、残余应力及胶合载荷的影响。结果表明:3种喷丸工艺均可以提高试验钢的表面硬度,传统喷丸+微粒子喷丸对表面硬度的提高幅度最大,其次为微粒子喷丸;传统喷丸增大了试验钢的表面粗糙度,微粒子喷丸和传统喷丸+微粒子喷丸降低了表面粗糙度,微粒子喷丸处理后的表面粗糙度最低;3种喷丸工艺均会在试验钢表面引入残余压应力,微粒子喷丸和传统喷丸+微粒子喷丸引入的最大残余压应力位于表面,而传统喷丸引入的位于次表面;传统喷丸+微粒子喷丸处理后试验钢的胶合载荷最大,其次为微粒子喷丸处理后的,这与微粒子喷丸提高了表面硬度和表面残余压应力,同时降低了表面粗糙度有关。     

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.     

42CrMoA钢的单次喷丸和复合喷丸强化

对42CrMoA高强钢进行了单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸强化处理,研究了不同喷丸工艺下钢的表面粗糙度、疲劳性能、表层残余应力、组织细化程度及显微硬度。结果表明:喷丸方式对42CrMoA钢最大残余压应力和应力层深度影响不大;单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸后钢的表面残余压应力、表面组织细化程度、显微硬度及疲劳极限依次增大,表面粗糙度则依次减小;复合喷丸尤其是抛光复合喷丸可显著降低42CrMoA钢的喷丸表面粗糙度。     

喷丸工艺参数对H13钢表面质量的影响

为了研究喷丸工艺参数对H13钢表面质量的影响,对H13钢喷丸处理前后的表面粗糙度、表层硬度、表层残余应力及截面显微组织进行了试验检测分析。结果表明:H13钢表面粗糙度随喷丸压力增大而增大;从45°到90°时,粗糙度随着喷丸角度的增大而增大。随着喷丸压力和角度的增大,H13钢的表面硬度增大,且形成300μm左右的硬化层;当喷丸压力从0.2MPa升到0.55MPa,表面硬度则从54.5HRC提高到60HRC。喷丸后表面形成残余压应力,且与喷丸角度呈现单调递增的关系。残余应力深度随着喷丸压力的增大而增大,并在喷丸压力为0.5MPa时趋于稳定。喷丸压力为0.55MPa时残余压应力层深为480μm;喷丸角度从45°到90°,残余压应力层深从350μm增加到470μm。     

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。     

基于FEM-DEM的粗糙表面喷丸数值模拟与试验研究

考虑试件喷丸前粗糙度的影响,提出了粗糙表面喷丸的有限元与离散元(FEM-DEM)耦合模型.制备喷丸与未喷丸两类45#钢试件,测量了试件喷丸前后表面与亚表面的残余应力.根据测量结果验证耦合模型,研究了喷丸工艺参数对试件亚表面残余应力的影响规律.结果表明,提高表面覆盖率和喷丸强度,均可增大残余压应力峰值,其中,喷丸强度的影...     

激光冲击强化与喷丸提高不锈钢疲劳性能对比研究

对不锈钢材料1Cr11Ni2W2MoV进行了激光冲击强化和喷丸强化后表面粗糙度和残余应力测试分析,与喷丸相比,激光冲击强化对试件表面形貌和表面粗糙度的影响更小,产生的残余压应力更大。对光滑试件和2种强化后试件的振动疲劳对比试验表明,激光冲击强化能显著提高不锈钢材料振动疲劳寿命,是喷丸的2倍以上。     

喷丸成形及强化工艺对铝合金疲劳性能及裂纹扩展的影响

采用数控喷丸机对2024-T351铝合金进行畸形喷丸成形及强化工艺试验,采用MTS880设备对板材进行轴向疲劳性能测试,同时对原始状态、喷丸强化及喷丸成形下的板材进行裂纹扩展速率的测试.通过对比不同方式下裂纹扩展的速率的对数图,得知经过喷丸成形及强化后试件的裂纹扩展速率大大减小,比原始状态降低30％左右.     

水射流喷丸强化残余应力场的有限元模拟

针对水射流的高湍动特性与受喷靶体材料复杂的弹塑性形变行为,提供一种水射流喷丸强化残余应力场的有限元分析方法.基于准静态压力分布和非线性轴对称面分布载荷,采用多线性各向同性强化的Mises率不相关弹塑性模型,应用Prandtl-Reuss塑性增量理论及增量初应力法,利用线性斜坡载荷加载制度,运用ANSYS有限元软件模拟不同压力作用下水射流喷丸在2A11铝合金材料表层产生的残余应力场,获得残余应力场的分布规律及残余应力沿层深和径向的变化规律,指出残余应力沿层深分为残余压应力区和残余拉应力区,沿径向分为第Ⅰ残余压应力区、残余拉应力区和第Ⅱ残余压应力区,得到表面残余压应力、表层最大残余压应力、残余压应力层深度随着喷丸压力的增加而增大.为验证有限元模拟的正确性,对喷丸表面残余压应力进行试验验证,结果表明,有限元法计算的表面残余压应力值与试验数据近似吻合.     

ZK60镁合金表面滚压强化试验研究

试验研究了ZK60镁合金表面滚压加工中工艺参数对试件表面粗糙度、表面形貌、表面残余应力和表层显微硬度的影响,结果表明滚压力和重复滚压次数对试件的表面粗糙度、表面形貌以及表面残余应力和表层硬度影响程度较大,滚压速度影响较小。对精车ZK60镁合金试件进行滚压加工,试件表面粗糙度R a、R z最大减小了50.3%和48.1%;残余压应力最大可达-54.55 MPa;显微硬度从试件表层到内部基体材料逐渐降低,表层硬度值最大为92.83 HV 0.25,比基体材料硬度提高了15.32%。     

残余应力对A5083铝合金焊接接头力学性能及微观组织的影响

对A5083铝合金焊接接头进行抛丸处理,测试抛丸前后焊接接头的表面残余应力,并对焊接接头的硬度、拉伸强度、冲击强度以及微观组织进行了分析研究。研究结果表明,经抛丸后,工件表面形成压应力层。不同接头型式的表面残余应力值都明显下降。抛丸后,硬度、拉伸强度和显微组织变化不大,没有特定规律。抛丸处理的影响深度一般不超过0.3 mm,表面压应力层对内部的组织及机械性能没有显著影响。抛丸对A5083铝合金焊接接头的断裂行为没有大的影响,因此可以将抛丸处理作为一种有效的残余应力降低或者消除工艺在高速列车上使用。