GH4169合金喷丸强化层组织结构研究

采用X射线衍射方法、透射电子显微术和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了GH4169合金喷丸强化后表面层组织结构的变化规律.结果表明,喷丸强化后,在GH4169合金试样表面形成约1.2 mm厚的弹塑性变形层;表面粗糙度Ra为1.4274 μm;晶粒内部的变形是位错和孪晶共同作用的结果.     

喷丸时间对GH4169合金表层组织及性能的影响

利用2mm不锈钢弹丸对GH4169合金表面进行高能喷丸处理,研究喷丸时间对合金表面形貌、表层显微组织、表面粗糙度和显微硬度的影响。结果表明,随着喷丸时间延长,喷丸作用层厚度、显微硬度、表面粗糙度都随之增加;当喷丸时间为10min时,GH4169合金的喷丸作用层厚190μm,表层显微硬度(HV)为389,较原始试样提高了35%。     

喷丸强度对TC17及GH4169合金表面完整性和高温疲劳性能的影响

对钛合金TC17以及镍基高温合金GH4169光滑旋转弯曲疲劳试样进行喷丸强化,研究了不同喷丸强度下合金的表面粗糙度、表面残余应力和高温疲劳寿命。结果表明,喷丸后两种合金的表面粗糙度随着喷丸强度的增大而上升,当喷丸强度达到0.15 mm A以上时,表面粗糙度显著变大。喷丸后表面残余应力均为压应力,TC17合金的残余压应力的数值随着喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,而GH4169合金表面残余压应力数值随喷丸强度的增大而减小。在疲劳性能方面,TC17合金喷丸后的疲劳寿命随喷丸强度的增大呈现先增大再减小的趋势,特别是在高强度条件(大于0.10 mm A)下,喷丸反而降低了疲劳寿命,而GH4169合金的疲劳寿命随喷丸强度的增大而增大,说明不同合金对喷丸强度的优化工艺范围具有差别,钛合金对喷丸强度变化敏感性强。     

喷丸尺寸对GH4169表层湿喷丸组织与性能的影响

利用湿喷丸对GH4169合金进行表面处理,研究了不同喷丸直径(1、2、4mm)对合金表面形貌、表层显微组织、表面粗糙度和显微硬度的影响。结果表明,随着喷丸直径增加,合金表面完整性降低,而喷丸作用层厚度、显微硬度、表面粗糙度都随之增加。当喷丸直径为4mm、作用时间为5min时,喷丸作用层厚度和表面显微硬度(HV)最大,分别为320μm和356。     

压印模具表面织构电火花成形工艺参数的分析

在石墨电极表面制备了直径分别为ø100、ø200和ø300 μm且具有规则形貌的圆形微凹坑阵列,并使用该电极在45钢表面利用电火花成形工艺(Electrical discharge machining,EDM)制备出微凸起阵列压印模具,研究了加工电流对其表面性能的影响。采用超景深显微镜和扫描电镜对经电火花加工处理后的石墨电极和45钢试样的表面形貌进行了分析,同时采用洛氏硬度计、粗糙度测试仪和精度为0.01 mg的电子天平秤等设备对45钢表面微凸起阵列进行了检测,并讨论了加工电流对45钢的材料去除率(Material removal rate,MRR)和石墨电极的电极耗损率(Electrode wear rate,EWR)之间的影响规律。结果表明,电火花反刻原理可以在45钢表面形成尺寸相对应的微凸起阵列形貌,并得到较高的表面显微硬度和表面粗糙度值,随着电火花加工电流的增大而增大,其中,ø200 μm微凸起试样得到了最大显微硬度,为34 HRC,同时,ø300 μm微凸起试样得到了最大表面粗糙度值12.56 μm。此外,当试样微凹坑或微凸起直径一定时,随着加工电流的增大,MRR和EWR值也会随之增大。     

表面纳米化工艺对半固态成形AZ91D镁合金显微组织的影响

通过表面机械研磨处理在半固态成形AZ91D镁合金表面制备出纳米结构层;利用OM、XRD研究沿厚度方向变化的组织结构特征及变形层厚度与所用实验工艺参数的变化关系。结果表明:试样剧烈塑性变形层厚度随喷丸时间的延长呈先增大后趋于稳定的趋势;剧烈塑性变形层厚度随喷丸距离的增大呈先增后减的趋势,弹丸体积分数与直径也有类似的规律。得出在实验所用的工艺参数中,最佳的工艺参数是喷丸距离13 mm,喷丸时间120 m in,弹丸体积分数100%,弹丸直径Φ8 mm,此条件下表层晶粒尺寸为20 nm左右,剧烈变形层厚度可达到53μm。     

GH4169 高温合金激光冲击强化层微观结构和微动疲劳行为研究

目的 提高GH4169镍基高温合金的微动疲劳寿命。方法 利用激光冲击强化（LSP）技术对GH4169高温合金榫试样进行表面强化处理并研究其微动疲劳性能。借助激光共聚焦显微镜（LCSM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度计、X射线应力分析仪、光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）及高频疲劳试验机,对激光冲击强化前后的GH4169高温合金的微观组织、硬度、残余应力、微动疲劳寿命、断口形貌和裂纹扩展情况进行分析。结果 激光冲击强化后表面硬度提高了17.3%,硬化层深度约为0.63 mm,表面残余压应力为331.5 MPa。经激光冲击强化后变形层中晶粒未发生明显细化,表明激光诱导冲击波主要引起GH4169高温合金中位错的形成而不是位错的运动。在20 kN峰值载荷下,尽管强化后的断裂机制没有发生明显的变化,但是强化后榫试样的微动疲劳寿命比未处理的试样提高了827%,裂纹从多疲劳源转变为单疲劳源,裂纹萌生位置从表面转移到距表面234 μm的次表面,激光冲击强化显著提升了GH4169的萌生抗力和扩展速率,扩展区域的疲劳条带间距从未处理的0.50 μm增加到了强化后的1.01 μm,这可能与残余应力的突变与松弛有关。结论 在激光冲击强化后获得硬化层和残余应力场共同影响下,GH4169高温合金榫试样的微动疲劳寿命得到了显著提升。     

超高强度悬架弹簧用钢55SiCrNb的工业试制

研究了过冷奥氏体连续冷却相变行为,探索了冷却速率对组织的影响,在工业生产线试制出直径ϕ16 mm热轧盘条。通过拉拔和感应热处理试制出直径ϕ14.8 mm钢丝,钢丝组织为回火屈氏体+少量回火马氏体+少量残留奥氏体,抗拉强度大于2160 MPa,断面收缩率大于44%,可用于制造强度等级为2100 MPa的弹簧。     

GH4169高温合金热变形力学性能研究

通过热模拟实验对GH4169高温合金热态变形过程中的力学性能进行研究,分析了初始晶粒尺寸、应变速率、变形温度等对GH4169合金热变形时峰值应力的影响。结果表明,该合金的峰值应力随应变速率的增大而增大,随变形温度的增大而减小。该合金的流动应力随初始晶粒尺寸的增大而增大,其原因是该合金在热变形过程中发生了动态再结晶。确定了基于初始晶粒尺寸的峰值应力与热变形参数之间的关系式,确定了GH4169合金的变形激活能。     

喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响

本文对比研究了喷丸和喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响,利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力测试仪分析和测试了试样的表面形貌、表层组织、粗糙度、显微硬度、残余应力场,探讨了表面完整性与疲劳性能的内在联系及作用机制。结果表明复合处理对GH4169合金疲劳性能的改善效果比单独喷丸强化处理更好;复合处理使GH4169高温合金的常温疲劳强度提高了21.6％;500℃预加热100h处理使复合强化GH4169高温合金疲劳强度降低了6％,但仍较未喷丸处理状态提高了14.29％,即复合处理能够有效改善GH4169高温合金常温～500℃高温工况下的抗疲劳性能。     

喷丸处理的锆合金残余应力场分布规律

目的通过不同的喷丸处理工艺,探索适用于锆合金包壳管的喷丸处理参数。方法对锆合金包壳管采取9种不同的喷丸处理工艺且编号(1—9号),采用XRD残余应力检测技术,对处理后的包壳管试样分别进行轴向和切向的残余应力场测定。结果未喷丸处理的试样表面轴向、切向残余应力分别为-277 MPa和-250 MPa,最大应力在最外表层。喷丸处理试样表面轴向残余压应力比未喷丸处理的大,只有9号工艺对应的表面轴向残余应力比未喷丸的小,这很有可能是因为喷丸强度过大,在表面形成了微裂纹,残余应力得以释放,所以锆合金包壳管的喷丸强度不宜超过0.40 mm A。对于强度较高的5—9号喷丸工艺,喷丸强度达到0.15 mm A以上,包壳管压应力影响层的厚度均超过460μm,几乎达到了喷丸处理后包壳管的整个壁厚。在相同喷丸强度和相同弹丸直径条件下,玻璃丸的表面压应力和最大压应力与不锈钢丸的相近,不锈钢丸处理的压应力影响层比玻璃丸处理的压应力影响层厚约80μm。结论在相同喷丸强度和相同弹丸材料下,改变弹丸直径对锆合金两个方向上的表面残余应力和最大残余应力的大小影响不大;直径较小的弹丸对应轴向最大残余应力的位置更深,直径较大的弹丸对应切向最大残余应力的位置更深。随着锆合金喷丸强度的增加(没有出现过喷),表面两个方向上的残余应力都增加,两个方向上的最大残余应力也有所增加。     

喷丸压力对GH3535合金表面状态及疲劳性能的影响研究

分别采用0.3MPa、0.45MPa和0.6MPa喷丸压力对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用扫描电子显微镜（SEM）观察合金表面形貌、强化层组织结构,通过金相显微镜（OM）、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条件下进行高周疲劳实验,并通过扫描电子显微镜（SEM）观察分析断口形貌特征。结果表明:GH3535合金喷丸后表层形成了晶粒细化层、硬化层和残余压应力层。且合金表面产生的晶粒细化层厚度、硬化层厚度以及残余压应力层厚度均随着喷丸压力的增加而提高。喷丸压力在0.3MPa～0.6MPa范围内,疲劳寿命受喷丸压力的影响较为敏感,且疲劳寿命随着喷丸压力的增加而提高。当喷丸压力为0.6MPa时,喷丸产生的效果最优,疲劳寿命提高了471.1%。喷丸后GH3535合金疲劳寿命的提高得益于合金表面状态的改善。     

GH4169合金的冷变形行为

通过室温压缩试验、数学模型拟合、光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和显微硬度等手段,建立GH4169合金冷变形本构方程,研究了冷变形量及应变速率对GH4169合金组织和性能的影响。结果表明,GH4169合金冷变形加工硬化规律基本符合Hollomon方程,其中应变速率对加工硬化影响较小,变形量是影响加工硬化的主要因素;随着变形量的增大,晶粒的变形程度增大,晶粒内部的小角度晶界随着变形量的增大逐渐增多,并有部分向大角度晶界转化;合金的显微硬度也随着变形量的增大而逐渐增大。     

摩擦对高温合金复杂截面圆环多道次滚压成形不均匀变形作用

在高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形过程中,板料要经历多场多因素偶合作用下复杂的不均匀塑性变形和组织演化历程,特别是不均匀塑性变形通常是导致薄壁件成形起皱、椭圆和开裂等缺陷产生的主要因素。摩擦是描述环件与辊轮接触作用的主要参数,很大程度上决定着该环件多道次滚压成形过程中塑性变形的不均匀性,严重的影响着其滚压成形质量。为此,本文以有限元仿真为主并结合实验和理论方法,对高温合金GH4169薄壁w形圆环多道次滚压成形进行了系统的分析;进而提出了不均匀变形度的表征方法,研究获得了摩擦对高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形不均匀变形的影响规律。结果表明：随着滚压成形的进行等效应力极值逐渐增大,且从动辊进给时环件弯曲部分材料变形量较大;随着驱动、从动辊与环件之间摩擦系数的增加,不均匀变形程度先减小,后逐渐增大;导向辊与环件之间的摩擦对不均匀变形度的影响不大。     

喷丸强化对车辆传动齿轮裂纹扩展影响的研究综述

疲劳断裂是重载车辆传动齿轮的主要失效形式之一,齿轮底部疲劳裂纹的扩展将缩短车辆传动系统的服役寿命,严重时会导致车辆发生安全事故。延缓裂纹扩展的主要方法是在传动齿轮的表面引入一定大小的残余压应力。喷丸技术是一种冷加工表面强化处理工艺,该技术利用高速弹丸冲击材料表面,使零件表层产生塑性应变的同时,在表面和内部引入残余压应力,从而使裂纹闭合的能力得到强化,达到延缓裂纹扩展的强化效果。为了更好地揭示喷丸引入的残余压应力对疲劳裂纹扩展的影响,首先综述了传动齿轮表面疲劳裂纹产生的原因以及疲劳裂纹的扩展行为对重载车辆服役的影响。从强度因子、J积分以及裂纹闭合效应出发,介绍了传动齿轮表面疲劳裂纹扩展的理论以及残余压应力与疲劳裂纹扩展速率之间的关系。其次概述了目前国内外常用的新型有益于将残余拉应力转化为残余压应力的微粒子喷丸、激光喷丸、超声喷丸方法,并与传统机械喷丸技术相比较,阐述了新型喷丸表面强化技术的优缺点。此外,从数值模拟和试验结果两方面,论述了喷丸速度、喷丸角度、弹丸直径、弹丸材质和覆盖率5个工艺参数对在传动齿轮表面引入残余压应力的改善影响。最后对喷丸强化技术在传动齿轮上的多目标参数优化以及多尺度残余压应力与疲劳性能进行了展望,并结合重载车辆的使用需求,强调需要创新设计一种效率高、价格低、适用性广的喷丸技术,以进一步推动喷丸强化在延缓疲劳裂纹扩展方面的持续发展。     

表面喷丸强化处理对TC11钛合金疲劳性能的影响

目的改善TC11钛合金的抗疲劳性能。方法采用喷丸表面强化工艺对TC11钛合金进行了表面强化处理,研究了喷丸强化处理、喷丸+二次喷丸强化处理对TC11钛合金试样表面粗糙度、残余应力、显微组织及疲劳性能的影响。结果喷丸处理能够在试样表层引入厚度约230?m的残余压应力场,但同时导致试样表面粗糙度值增加。喷丸后进行表面二次喷丸,试样表面残余压应力值和残余压应力峰值提高,但残余压应力峰值的位置和残余压应力层的厚度变化不大。二次喷丸对试样表面起到一定程度的修复作用,使试样表面粗糙度值降低。喷丸后试样表层组织发生明显的塑性变形,晶粒变细,而喷丸+二次喷丸处理可使试样表层组织得到进一步细化。喷丸处理后,试样的疲劳强度由480 MPa提高至540 MPa,提高了12.5%,二次喷丸使试样的疲劳强度提高至570 MPa,在喷丸的基础上继续提高了5.5%。结论喷丸后对试样表面进行二次喷丸对表层残余应力场的影响不大,二次喷丸主要通过降低试样表面粗糙度值和细化试样表层组织,使试样的疲劳强度得到进一步提高。     

7050铝合金表面亚微米晶层摩擦磨损性能

采用增压喷丸方式在7050铝合金表面制备了亚微米晶层,观察并分析了亚微米晶层的组织结构,测试了喷丸前后的硬度,研究了亚微米化前后以及亚微米化后经退火处理3种状态下7050铝合金表面的滑动磨损特性,结果表明:由于增压喷丸使7050铝合金表面发生了严重的塑性变形而形成了一层厚度为30~40μm的亚微米晶层,硬度比未喷丸材料提高了2倍,喷丸后材料的磨损失重量明显减少,约为未喷丸处理试样的一半,特别是喷丸后经过退火的材料磨损量更小,表现出良好的耐磨性能。     

基于ABAQUS的大尺寸弹丸喷丸过程数值模拟

利用ABAQUS软件建立了单弹丸和多弹丸的喷丸有限元模型,研究了大弹丸喷丸2024铝板的动力学过程,分析了弹丸直径和喷丸覆盖率对板材塑性应变和沿弹坑表面及厚度方向残余应力的影响。模拟结果表明,增加弹丸直径可以使板材塑性应变层及残余压应力层深度增大,弹坑尺寸及弹坑"凸边"附近的残余拉应力也随之增大;塑性应变层和压应力层深度随喷丸覆盖率的提高而增大,但覆盖率达到一定程度时增加不再明显。     

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。     

喷丸处理实现纯钛表面纳米化的研究

利用喷丸处理技术实现了工业纯钛的表面纳米化,利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对表层组织演变过程和表层晶粒纳米化的细化机理进行了研究,并用显微硬度计对表层硬度进行了测试。研究结果表明,传统表面喷丸处理后可在工业纯钛表面得到一定厚度的纳米层和剧烈塑性变形层。喷丸处理后,工业纯钛表面硬度显著提高。