激光冲击对K403镍基合金高温疲劳性能和断口形貌的影响

对K403镍基合金涡轮叶片进行激光冲击强化(LSP),利用高温高低周复合疲劳试验验证其强化效果。试验结果表明:冲击后裂纹源区附近平坦区较冲击前变大,在快速扩展(FCG)区,激光冲击强化后疲劳条纹间距减小,有大量二次裂纹产生。且强化后在材料表层会引发晶粒细化以及高残余压应力,但在550℃/150min保温下,残余应力部分发生松弛,但是表层细化结构有很好的热稳定性。相比冲击前样件,激光冲击强化后涡轮叶片疲劳寿命提高了140%。热松弛后的残余压应力和表面晶粒细化是镍基合金疲劳寿命提高的主要原因。     

GH4133镍基高温合金激光冲击强化研究

为了研究激光冲击强化技术在高温部件上应用的可行性,研究了GH4133镍基高温合金激光冲击后强化效果的热稳定性。分别采用激光冲击强化、激光冲击强化加保温的方法进行处理,并利用SEM、显微硬度和残余应力的测试方法分析了温度对激光冲击处理后GH4133材料微观组织和力学性能的影响。通过冲击强化后涡轮叶片的高温疲劳试验验证强化效果的热稳定性,并分析其高温下的强化机制。结果表明,激光冲击强化可以在GH4133镍基高温合金表层产生较大残余压应力,细化晶粒;并且在温度作用下,激光冲击GH4133合金形成的细化晶粒在析出相的钉扎作用下具有较好的热稳定性。另一方面残余压应力的应力集中减小,分布均匀。两者的共同作用提高了强化效果的热稳定性,有利于疲劳性能的提高。     

发动机作动筒裂纹分析

发动机作动筒末端件孔边是裂纹故障多发部位,严重影响使用安全。对作动筒典型失效结构件进行断口观察、能谱分析,结果表明：断口上有明显的腐蚀产物和沿晶断裂特征;在裂纹源区、扩展区和裂纹尖端都出现了Na、K和Cl等杂质元素,具有典型的腐蚀特征;进一步对作动筒结构的力学分析表明,在使用过程中故障部位存在一定的拉应力,综合判断孔边裂纹失效模式为应力腐蚀开裂,腐蚀介质主要来自含Cl元素较多的潮湿使用环境。该研究结果对此类作动筒的使用和故障预防提供了借鉴。     

非同步采样对电力系统谐波分析精度影响的仿真研究

分析了离散傅立叶变换中存在的频谱泄露和栅栏效应 ,介绍了用于电力系统谐波分析的高精度加窗插值FFT算法 ,并借助MATLAB研究了采样的失步程度对该算法分析精度的影响     

偏压梯度TiAlN涂层对TC4钛合金振动与拉伸疲劳性能的影响与机理

目的 探究偏压梯度TiAlN涂层对基体疲劳性能的影响规律和疲劳损伤机理。方法 利用磁过滤阴极真空弧技术和连续改变偏压的沉积工艺,在TC4钛合金表面沉积了偏压梯度TiAlN涂层,并采用扫描电镜、轮廓仪、纳米压痕和划痕仪表征测试了TiAlN涂层的微观结构和内应力、表面硬度、膜基结合力等基本力学性能。对TiAlN涂层试件的振动和拉伸疲劳性能分别进行了考核,通过观察试件疲劳断口形貌,探究了偏压梯度TiAlN涂层/基体的疲劳损伤机理。结果 TiAlN涂层中Al元素含量沿深度方向一直在降低,偏压工艺成功制备出梯度结构涂层。偏压梯度TiAlN涂层的内应力为压缩状态,数值为(2.66±0.23) GPa,显著低于对应恒压涂层(‒200 V)。偏压梯度TiAlN涂层试件平均振动强度和拉伸疲劳强度分别为370.90、377.90 MPa,前者相对于TC4基体提高了47.7%,后者几乎保持不变。结论 TiAlN涂层内部存在残余压应力,具有一定抗裂纹萌生能力,TC4钛合金表面制备偏压梯度TiAlN涂层后,两种受载类型下的疲劳裂纹源均位于涂层与基体界面处。振动受载时,涂层中梯度结构抑制了裂纹的扩展,疲劳强度提高;拉伸受载时,TiAlN涂层部分发生破碎,抑制裂纹萌生与促进裂纹扩展两种机制同时存在,疲劳强度几乎不变。     

基于声发射信号的铝合金LSP弹塑性波传播规律探究

目的 为提高激光冲击强化(LSP)的声发射(AE)监测精度,结合AE监测技术与LSP弹塑性波理论,探究LSP过程中弹塑性波传播规律。方法 首先,基于弹塑性波理论设计LSP试验,采用AE监测技术实时获取冲击信号,并测量冲击后铝合金7075的塑性变形程度。然后,基于AE信号的时域波形,提出包络欧式距离法,确定对加工质量敏感的感兴趣片段(FOI)。进一步基于FOI,结合实际加工条件,定义了新的累积AE波形熵特征。最后,基于AE信号的多模态和非平稳信息,定义瞬时峰值能量曲线(IPEC),并进一步提取相关特征,从而探究弹塑性波传播规律、衡量传感器优劣。结果 仅包含弹性波的AE信号波形明显区别于弹塑性双波,塑性波传播速度明显落后于弹性波。包络欧式距离法确定的FOI能很好地定位弹塑性波。相较于AE波形熵,累积AE波形熵特征能很好地区分不同程度的弹塑性波。对比弹性波,塑性波主要集中在中低频段(200 kHz以下)。IPEC曲线精准确定31 kHz模态为塑性波的主要成分。进一步提取的峰值变化量 和峰值延迟时间 表明:相较于谐振传感器,宽频传感器对塑性波更加敏感。结论 所提方法和特征分别从时域和时频域上探究了弹塑性波的传播规律,所得的结论为规范和提高LSP的AE监测技术提供了理论支持与指导。     

基于声发射与关键帧选择的LSP表面硬度监测

目的 提高激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)表面硬度的在线检测能力,探究声发射信号关键帧对LSP表面硬度分类识别性能的影响。方法 在LSP处理期间声发射弹性波(Acoustic Emission,AE)具有与材料内部晶格位错和塑性变形密切相关的动态信息,是激光冲击强化在线监测的一种极具潜力的手段。但其高采样频率导致大量的实时计算,对在线监测技术的工业应用提出了巨大的挑战。为解决这一问题,提出了注意力权重统计方法获取激光冲击强化过程中声发射信号的关键帧。结果 四通道传感器各自的关键帧信号长度相比原始信号的有效长度均大幅度减少,最大可减少83.74%,相比原始数据每一轮测试(350个冲击样本),最大可减少57.37%的测试时间。关键帧信号的模型识别准确率最高可达到97.04%,相比原始数据集提升了2.93%。结论 与原始声发射信号相比,关键帧信号得到了更高的测试准确率,同时有效地减少了数据量。基于关键帧数据集的最高准确率和最短测试时间,评价了4种不同传感器中信号采集的最佳传感器,其结果可作为LSP质量监测领域的参考。     

新型光斑搭接对平顶激光冲击钛合金力学性能的影响

针对平顶光束的特点,为简化工艺,提高加工效率,提出了一种简化加工过程的搭接率工艺方法。采用一种纵向25%、横向56.5%的搭接率工艺,并对该搭接率下的残余应力、显微硬度、高周疲劳极限等力学性进行验证,对比其与传统50%搭接率下的性能差异。结果表明：在新型搭接率下,平顶激光冲击钛合金表面产生的残余压应力均值为-564.5 MPa,影响深度达0.82 mm;在传统搭接率下,表面产生的残余压应力均值为-559.2 MPa,影响深度达0.81 mm。在新型和传统两种搭接率下,平顶激光冲击钛合金表面重叠次数多的位置,显微硬度平均值分别为570.9和562.6 HV_0.3,重叠次数少的显微硬度平均值分别为432.1和453.4 HV_0.3;钛合金截面上的硬化层深度均为0.4 mm。在新型和传统两种搭接率下,平顶光束冲击钛合金的疲劳极限分别为256.3和264.6 MPa。基于平顶光束,与传统工艺相比,简化的新型搭接率工艺可以获得较好的力学性能,并提高加工效率,降低加工成本。     

DZ17G定向凝固高温合金微激光冲击强化方法与疲劳试验研究

针对航空发动机定向凝固涡轮叶片疲劳断裂故障,对DZ17G合金模拟叶片进行激光冲击处理,为了防止剧烈塑性变形导致粗大柱状晶发生晶粒细化,提出基于微激光冲击强化系统的水下无吸收保护层高频冲击方法,采用短脉宽、微尺度激光降低塑性变形程度和深度,采用无吸收保护层的高频冲击方式获得均匀形变强化层。试验结果表明：DZ17G模拟叶片微激光冲击后浅表层内仅形成了高密度位错和位错缠结等组织结构,未发生晶粒细化,而且位错密度随深度快速降低;高密度位错集聚缠结使表面硬度提高达30%,但硬化层深度仅为180 μm。DZ17G模拟叶片疲劳强度由257.00 MPa提高到302.00 MPa,提高幅度达17.5%,而且800℃下保温2h后仍有11.7%的提高,其中高密度位错和位错缠结是疲劳性能提高的内在原因。