复合强化对渗铝K403合金组织和力学性能的影响

针对航空发动机涡轮叶片榫头渗铝污染后产生的尺寸偏大和力学性能下降的问题,采用水吹砂+振动光饰和水吹砂+喷丸强化+振动光饰两种复合方法对渗铝后的K403合金试样进行处理,研究复合方法对K403渗铝试样微观组织和力学性能的影响。对两种方法处理后试样的微观组织、渗铝层元素分布、物相组成、残余应力和疲劳寿命进行测试。结果表明:渗铝后,试样表面存在残余拉应力,渗铝层厚度约27.3μm,主要相为β-NiAl和α-Cr;水吹砂+振动光饰处理后,试样表面产生了360 MPa的残余压应力,试样的疲劳寿命提高了1.49倍;水吹砂+喷丸强化+振动光饰方法处理后,试样表层产生了较大的残余压应力,距离表面0.04 mm处残余压应力值最大,约为686 MPa,应力影响深度约0.2 mm,试样的疲劳寿命提高了3.44倍。     

镍基高温铸造合金表面渗铝层强化工艺研究

利用振动光饰强化方法实现了镍基高温铸造合金表面渗铝层的强化,研究了两个工艺对其力学性能与组织的影响。结果表明:试样渗铝层都包含Ni Cr以及Ni Al两类物相,经过水喷砂处理以及水喷砂处理+振动光饰处理的试样晶粒出现细化,且衍射峰往低角度方向出现偏移。经过渗铝+水喷砂处理+振动光饰强化处理后,试样表面残余压应力为515 MPa,最大残余应力出现在离表层0.1 mm的深度位置;随着深度增加,残余压应力值不断减小。通过渗铝+水喷砂处理+振动光饰表面强化处理,试样的疲劳寿命可以达到16.64×105h,是渗铝试样的4.5倍,利用振动光饰强化使材料疲劳性能显著提升。     

发动机低压Ⅰ级涡轮叶片榫头断裂分析与预防

发动机低压Ⅰ级涡轮叶片榫头R处根部发生断裂。经宏微观检查、跨棒距测量、榫头应力计算及模拟疲劳试验分析,对叶片断裂性质及原因进行综合分析,结果表明:叶片断裂性质为多源线性疲劳断裂;渗铝工艺中,由于榫头防护不妥,榫头被渗铝层污染,榫头跨棒距超差,降低了叶片抗疲劳性能,最终导致叶片发生疲劳断裂失效。对渗铝层厚度在0.03 mm以内且跨棒距合格的叶片,通过对叶片榫头严格监控,增加跨棒距测量,渗铝层工艺采用严格的防护手段保护,可有效避免类似故障。     

空心风扇叶片榫头裂纹原因分析

空心风扇叶片振动疲劳试验后在榫头表面出现裂纹。通过外观检查、断口宏微观分析、表面检查、成分分析、组织和硬度检测等试验,对裂纹性质和产生原因进行了分析研究。结果表明:叶片榫头表面裂纹为微动疲劳开裂,叶片与夹具间产生的微动磨损是导致该叶片过早萌生疲劳裂纹的主要原因,而产生微动磨损与叶片榫头的几何特征、夹具与其配合状态及榫头部位未采用表面处理措施有关。     

渗铝复合激光冲击对321不锈钢腐蚀疲劳性能的影响EI北大核心CSCD

针对聚焦型太阳能热发电换热管材料在熔融铝硅环境中易发生腐蚀疲劳失效的问题,采用粉末包埋渗铝和激光冲击对AISI 321不锈钢进行表面改性,研究其熔融铝硅环境下腐蚀疲劳性能。结果表明,渗铝钢表面形成以FeAl金属间化合物为主的渗层,尽管能够有效地隔离基体和腐蚀介质,但是作为疲劳裂纹的形核源,会导致腐蚀疲劳寿命降低40%;经不同功率密度的激光冲击强化处理后,渗铝钢表面硬度显著提高,延缓了疲劳裂纹萌生,提升了耐蚀性,降低了腐蚀损伤的影响,疲劳损伤占据主导地位,使得渗铝钢腐蚀疲劳寿命提高100%~200%。     

风机叶片断裂原因分析

对风机第11级动叶片进行了痕迹、显微组织和断口宏微观分析.结果表明,叶片的断裂模式为振动疲劳,叶片榫头与榫槽配合不当是萌生疲劳裂纹的主要原因.     

AerMet100钢喷丸强化前后表面完整性及疲劳性能分析

目的 提高AerMet100钢的疲劳寿命,研究喷丸对其表面完整性和疲劳性能的影响。方法 通过表面完整性测试,分析喷丸对其表面形貌、粗糙度、晶粒度、硬度、残余应力和显微组织的影响。开展疲劳试验,观察疲劳断口形貌,分析喷丸对其疲劳性能的影响。结果 喷丸后,试样表面产生明显塑性变形,粗糙度有所增加,晶粒得到细化,硬度增大,形成约140 μm的残余压应力层;此外,形成了交错的马氏体板条,强化层内位错增多,产生细化的马氏体板条以及孪晶。疲劳试验中,未喷丸试样寿命均值为163 566周次,喷丸试样寿命均值为209 552周次,平均增幅达28.1%。喷丸试样断口分布有多个裂纹源,裂纹扩展路径曲折,在断口边缘形成了凹凸不平的台阶,消耗了更多的能量。试样强化层内的裂纹扩展区总体形貌较为无序和杂乱,疲劳条带较未喷丸试样更为细密,表明其裂纹扩展速度较慢。结论 喷丸后,AerMet100钢的疲劳抗力增加,疲劳寿命显著提高。     

激光喷丸与机械喷丸复合强化对2124-T851铝合金疲劳寿命的影响

目的 研究激光喷丸(LSP)、机械喷丸(SP)及其复合强化(LSP+SP)对2124-T851铝合金四点弯曲疲劳寿命的影响.方法 激光喷丸强化的脉冲激光能量为6 J,脉冲宽度为20 ns,光斑直径为2 mm,半圆搭接.喷丸强化采用直径为0.3 mm的陶瓷弹丸,喷丸压力为0.2 MPa,喷丸覆盖率大于100％.采用X射线衍射的方法测定强化层的残余应力.采用显微硬度仪测定显微硬度.在MTS伺服试验机上测定试样四点弯曲疲劳寿命.使用扫描电子显微镜观察疲劳试样断口.采用列表梯形法分析计算试样的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,分析机械喷丸和激光喷丸强化层性能对疲劳寿命的影响.结果 LSP+SP试样残余应力场和硬度场近表层的数值与SP试样相近,表面残余应力为–260 MPa,表面硬度为178HV.LSP+SP试样残余压应力场和应变硬化场深度与LSP试样相近,可达3 mm以上.与未强化(AR)试样相比,SP、LSP和LSP+SP试样的平均疲劳寿命分别提高了214％、217％和312％.结论 喷丸强化的显著应变硬化作用提高了SP试样和LSP+SP试样的裂纹萌生寿命,激光喷丸强化引入的深层残余压应力场提高了LSP和LSP+SP试样的裂纹扩展寿命,LSP+SP复合强化兼具SP和LSP工艺的疲劳寿命强化作用.     

中温时效对喷丸单晶合金组织与疲劳性能的影响EI北大核心CSCD

单晶合金零件喷丸后的工序里存在中温时效过程,将对喷丸表层组织和性能产生影响。采用扫描电镜、截面硬度梯度等方法研究一种中温时效方法对DD5单晶合金组织状态的影响,对比原始、喷丸和喷丸+中温时效后单晶合金旋转弯曲疲劳性能。结果表明,喷丸使得DD5单晶合金的立方化组织发生剧烈形变,中温时效后剧烈形变组织发生一定的回复,但仍保留了喷丸形变组织特征,原先喷丸硬化层深度由喷丸状态的270μm减小到180μm,表面硬度略上升3.9%。喷丸+中温时效后,相比磨削状态DD5单晶缺口旋弯试样500 MPa/650℃中值疲劳寿命估计量提高8.29倍,最短寿命(3.58×10^(5)周次)高于原始试样的最长寿命(2.84×10^(5)周次),仍然实现强化,但疲劳寿命分散度增大,同时喷丸+中温时效后试样疲劳极限较磨削提高11.2%。     

机械能助渗铝工艺与渗层性能研究

研究了机械能助渗铝的温度、时间和活性剂含量对渗铝层形貌、厚度、结构、硬度和耐蚀性等性能的影响,并与传统的粉末渗铝进行了比较。试验结果表明,机械能助渗铝层表面呈颗粒状,渗铝层由Fe2Al5相和少量的Fe3Al相组成,硬度达988 HV。在400~700℃、2~4 h的范围内机械能助渗铝,渗层厚度随渗铝温度的升高和渗铝时间的延长而明显增大。渗铝层的耐蚀性随渗铝温度的升高而提高,但随渗铝时间的延长呈现出先提高后降低的趋势,由600℃、3 h工艺获得的渗铝层的耐蚀性最好。采用机械能助渗铝工艺,尤其是较低温度（450~650℃）和较短时间（2.5~4.5 h）获得的渗层的厚度明显大于传统的粉末渗铝层。     

燃气轮机低压压气机转子叶片断裂分析

某型燃气轮机运行近1 000 h后,发生2片低压压气机转子叶片脱榫断裂和同级多片榫头裂纹故障。通过对断裂和裂纹叶片外观观察、断口分析、化学成分分析、硬度检测和金相检验等手段,确认了断裂和裂纹叶片失效模式相同,均属振动疲劳断裂,盘和叶片配合不良引起微动磨损是该级叶片早期振动疲劳断裂的主要原因。盘、片配合不良主要是由于配合面间无防磨损涂层,在应用过程中产生氧化和磨损引起的;通过盘和叶片榫齿配合面涂干膜润滑,有效解决了盘片配合面微动磨损问题。     

激光冲击强化对7050铝合金小孔结构残余应力和疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化对7050 T7451铝合金小孔结构显微硬度、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:当激光能量为30 J、光斑直径ø4 mm,冲击2次时,7050 T7451铝合金显微硬度显著提高,表层硬度相对于母材提高约12%且硬化层深度可达1 mm;残余压应力幅值超过300 MPa,影响深度可达约1 mm,明显大于喷丸强化残余应力影响层深度。激光冲击诱导的残余压应力可提高疲劳裂纹的萌生抗力,其较深的残余压应力层则有利于延长裂纹的扩展寿命。激光冲击强化后小孔结构疲劳寿命相对于母材提高了4.7~17.6倍,且其疲劳寿命增益及稳定性明显优于喷丸强化。     

激光冲击强化对2524铝合金疲劳寿命的影响

目的探索激光冲击工艺参数对2524铝合金疲劳寿命的影响。方法开展不同激光能量、不同冲击次数下的激光冲击强化实验,测试其残余应力和表面硬度,并进行裂纹扩展实验和显微组织观察。结果激光冲击强化能显著提高材料的表面硬度,且材料的硬度值随着冲击能量和冲击次数的增加而递增,但硬度增长率随冲击次数增多而降低。激光冲击强化在试样表层形成较大的残余压应力,使用6.25 J的激光能量冲击1次,最大残余压应力可达-222MPa,并且残余压应力随着激光能量和冲击次数增加而增加,但冲击强化次数存在阈值。相较于未冲击试样,激光冲击1次的试样的疲劳寿命提升32%,冲击2次的疲劳寿命提升41%。对试样断口进行微观形貌观察,在裂纹长度为28 mm处,未冲击试样、激光冲击1次和冲击2次试样的疲劳条带间距分别为1.06、0.628、0.488μm,裂纹扩展速率分别为1.06×10^-3、6.28×10^-4、4.88×10^-4 mm/N。结论激光冲击强化能显著提高2524铝合金的表面硬度,并在表面产生较大的残余压应力。激光冲击强化能够有效迟滞2524-T3铝合金的疲劳裂纹扩展速率,进而有效延长疲劳寿命。     

喷丸对25CrNi2MoV钢滚动接触疲劳性能的影响

目的提高25CrNi2MoV钢的滚动接触疲劳性能。方法对25CrNi2MoV钢进行表面喷丸处理,并采用3D形貌仪、光学显微镜、显微硬度仪、X射线应力分析仪与滚动接触疲劳试验机等仪器,对试样表面形貌、表面显微组织、显微硬度、表面残余压应力与滚动接触疲劳性能等进行测试分析。结果与未处理试样相比,经喷丸处理后,试样表面形貌由磨削加工槽型向酒窝状的弹坑转变,表面粗糙度增大,表面显微硬度由503HV0.2增大到577HV0.2,增加了14.7%,表面残余压应力由-90.0 MPa增大到-758.0 MPa。当喷丸强度为0.445 mmA时,试样具有最好的滚动接触疲劳寿命,其额定寿命(L10)、中值寿命(L50)、特征寿命(L63.2)分别为4.973×10^6次、6.578×10^6次和6.945×10^6次,分别是未处理试样对应寿命的11.1倍、7.3倍和7.0倍,试样滚动接触疲劳失效形式主要为疲劳剥落。当喷丸强度为0.596 mmA时,试样表面出现微裂纹,导致滚动接触疲劳寿命降低,此时试样疲劳失效形式主要为点蚀与疲劳剥落。未处理试样疲劳失效形式主要为分层。结论喷丸处理能细化试样表层晶粒组织,增大试样表面粗糙度、表面硬度与表面残余压应力。合适强度的喷丸处理可以抑制试样表面与次表面裂纹的萌生与扩展,显著提高滚动接触疲劳性能。     

GH4037合金Ⅰ级涡轮叶片断裂失效分析

某发动机在服役过程中,有7片Ⅰ级涡轮叶片连续发生断裂或开裂.本文对断裂的叶片进行了断口宏微观观察、化学成分分析、金相组织检查、性能试验以及叶片排气边R检查.结果表明,叶片的断裂性质为高周疲劳断裂.断裂叶片的化学成分和力学性能符合技术条件的要求;叶片的疲劳源区未发现夹杂等冶金缺陷.7片叶片的断裂位置均在距离榫头底部62mm～67mm处,该位置是四阶振动的最大应力点,叶片的断裂与四阶振动有关.     

TiAl低压涡轮叶片室温振动疲劳行为研究

基于TiAl低压涡轮叶片夹持榫头室温振动疲劳试验结果,分析总结TiAl低压涡轮叶片室温振动疲劳的行为特点。结果表明:叶片存在两种断裂位置,大多数叶片由榫槽底部高应力截面断裂,个别叶片由叶身铸造缺陷处断裂;叶片室温振动疲劳寿命具有较大分散性,疲劳寿命主要取决于裂纹萌生阶段的贡献,试验应力水平下叶片粗大的片层组织的尺寸、数量和分布位置会显著影响疲劳寿命,并增加疲劳寿命的分散性;叶片室温疲劳具有较高的缺陷敏感性,叶身排气边亚表面存在尺寸约0.4 mm的Al₂O₃、Y₂O₃铸造夹渣,改变了叶片的断裂位置和起源方式,形成亚表面铸造缺陷起源,并在源区附近出现沿晶断裂和光滑刻面特征,沿晶特征与等轴晶粒对应。     

超声冲击对含根部缺陷铝合金FSW接头疲劳性能的影响

针对含有根部“弱连接”缺陷的铝合金搅拌摩擦焊接头,采用4点弯曲疲劳试验方法,对比了超声冲击、超声喷丸及超声冲击 + 超声喷丸处理对疲劳性能的影响. 对比分析了试样处理前后根部“弱连接”形貌、显微硬度数值和残余应力分布,探究了其提升焊接接头疲劳性能的机制. 结果表明,相较于超声冲击仅对2 × 106周次以下疲劳强度的提高,超声喷丸、超声冲击 + 超声喷丸均显著提升了高周疲劳性能,对应于2 × 106周次,疲劳强度分别提高13%和40%. 超声冲击 + 超声喷丸复合处理不仅在接头根部缺陷处形成了致密的加工硬化层,而且利用超声喷丸处理引入了更宽的压缩残余应力区域,消除了超声冲击后可能残留的叠形缺陷,进而显著改善了疲劳性能.     

包埋温度对N80套管钢渗铝层微观结构及性能的影响

采用固体粉末包埋法对N80套管钢进行渗铝,形成富铝表层.研究了包埋温度为950、1050℃时所得渗铝N80套管钢的微观结构、硬度及电化学腐蚀特性.结果表明:不同包埋温度所得渗铝层厚度均超过200μm;渗铝N80套管钢在渗层深度范围内的硬度高于基体;渗铝后N80套管钢的耐腐蚀性得以提高.升高包埋温度可以显著提高所得渗铝层的厚度和硬度,但过高的包埋温度会同时造成基体性能更严重地下降.     

17Cr2Ni2MoVNb和20Cr2Ni4A钢齿轮渗碳质量与弯曲疲劳寿命的试验研究

通过金相检测和显微硬度测试等手段,对17Cr2Ni2MoVNb钢齿轮和20Cr2Ni4A钢齿轮的渗层、心部组织、晶粒度及渗层深度等渗碳处理质量进行分析,并采用PLG-300C拉压疲劳试验机对上述两种材料齿轮进行弯曲疲劳寿命测试。结果表明,齿轮加载齿根处有效渗层深度和显微硬度是齿轮弯曲疲劳寿命的主要影响因素,相同载荷条件下加载齿根处有效渗层深度减小,轮齿弯曲疲劳寿命明显缩短;加载齿根显微硬度增大,轮齿弯曲疲劳寿命提高。渗层表面出现浅层脱碳层时(齿根脱碳层≤0.2 mm),虽然会降低轮齿的弯曲疲劳寿命,但相比加载齿根处的渗层深度和表面硬度,脱碳层的影响并不明显。     

沉淀硬化不锈钢机械能助渗铝工艺研究

通过机械能助渗铝工艺,实现了对沉淀硬化不锈钢的低温渗铝.在500℃渗铝 10h,得到厚约11μm的均一渗铝层.通过力学性能检测及显微硬度分析对渗铝层进行研究,发现可以在保证基体材料的力学性能基本无损耗的情况下,渗层硬度是基体材料的2倍以上.