喷丸强度对316不锈钢表面完整性及疲劳寿命的影响

目的阐明喷丸强度对316不锈钢疲劳寿命的影响机制。方法不同喷丸强度处理的316不锈钢试样经化学腐蚀后,利用光学显微镜观察其微观结构的变化。采用白光干涉仪、维氏显微硬度测量系统、X射线应力分析仪等,分析喷丸处理前后316不锈钢试样的表面轮廓、表面粗糙度、显微硬度以及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测得喷丸处理前后316不锈钢试样的拉伸性能和疲劳寿命。结果喷丸处理后,试样表面粗糙度明显增加,随着喷丸强度的增大,表面粗糙度S_a由0.04μm增至6.73μm。此外,喷丸处理后,产生了从表层到材料基体的微结构梯度,随着喷丸强度的变化,表面变形层的厚度位于110～290μm之间。喷丸过程中产生了加工硬化现象,并且引入了一定深度的残余压应力层。随着喷丸强度的增大,喷丸处理试样显微硬度的最大值由356HV_(0.1)增至435HV_(0.1),残余压应力的最大值由-633 MPa增至-750 MPa。与未喷丸试样相比,喷丸处理改善了材料的力学性能和疲劳特性,喷丸试样的塑性应变幅值降低,疲劳寿命明显增加。结论喷丸处理能够有效地改善316不锈钢的综合力学性能,增加其疲劳寿命。不同强度的喷丸处理效果差异明显,在喷丸强度为0.35 mmA时,达到最优喷丸效果。     

奥氏体316不锈钢中位错与氢的相互作用机理

对冷变形引入位错缺陷的奥氏体316不锈钢进行电化学充氢实验,采用正电子湮没谱学和热脱附谱仪对样品的氢致缺陷和充氢含量进行实验分析,研究位错对氢致缺陷的形成及氢在材料中滞留行为的作用.结果表明,充氢后正电子湮没Doppler展宽能谱的S参数增大,形变样品的S参数变化更为明显,表明形变样品充氢后形成了大量的空位型缺陷,而且...     

316L和316LN奥氏体不锈钢的低温疲劳性能

<正> 奥氏体不锈钢是核聚变反应堆的理想材料。普通的316L奥氏体不锈钢,经固溶处理后获得完全的奥氏体组织,但力学性能不是太好。S.Degallaix等指出,氮的合金化能明显提高316L钢的室温和高温下的单调及循环性能。J.B.Vogt等人作了氮和温度对316L钢疲劳性的影响的试验,来说明低周疲劳和疲劳裂纹扩展时,其宏观性能与显微组织之间的关系。低周疲劳和疲劳扩散试验及其结果分析如下。     

表面纳米化对316L不锈钢干摩擦性能的影响

目的研究表面纳米化316L不锈钢干摩擦磨损性能,以获得合理的喷丸时间,提高316L不锈钢的使用寿命。方法采用普通喷丸强化方法对316L不锈钢进行表面纳米化处理,利用洛氏硬度计测量了纳米化前后材料表面洛氏硬度;利用激光共聚焦显微镜观察了纳米化前后材料表面三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;利用扫描电子显微镜观察了表面纳米化处理后横截面的金相组织;利用材料表面性能综合测试仪在干摩擦条件下进行了摩擦磨损实验,测量了材料的摩擦系数;利用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,分析了材料的磨损机理。结果与未纳米化试样相比,喷丸时间为15 min时,表面硬度提高9.7%,而表面粗糙度降低17.6%,干摩擦系数降低17.3%;喷丸时间为30 min时,表面硬度提高34.1%,粗糙度降低35.1%,干摩擦系数降低28.8%。未纳米化试样呈现典型的粘着磨损和磨粒磨损机制,而纳米化处理后试样则主要呈现疲劳磨损和磨粒磨损机制。结论表面纳米化处理后试样表面硬度随处理时间的增加而增加,粗糙度随处理时间的增加而降低,干摩擦系数随处理时间的增加而减小。喷丸处理时间较短时以疲劳磨损为主,处理时间较长时以磨粒磨损为主。     

异质层状结构316L不锈钢的制备及其力学性能

采用传统轧制及退火手段制备了异质层状结构316L不锈钢,通过光学显微镜和透射电镜观察了材料的组织,并利用X射线衍射方法对其物相进行了分析,最终系统研究了处理前后316L不锈钢板的力学性能。结果表明:75%冷轧变形后的316L不锈钢,其内部形成了层状的超细晶组织,剧烈塑性变形诱发了马氏体相变,材料的强度和硬度显著提高,但是其伸长率很低。750℃退火过程中,不锈钢发生了静态再结晶,马氏体相消失,基体变成单相奥氏体组织,不锈钢的综合力学性能得到提高。轧制与退火相结合的工艺可以获得一种由超细晶与微米再结晶晶粒组成的异质层状结构。拉伸变形时,这种异质层状结构可以提供协调非均匀塑性变形的几何必须位错,几何必须位错与可动位错相互缠结,提高了材料的应变硬化率,使得316L不锈钢可以获得良好的强度-塑性匹配。     

喷丸强化316L不锈钢表面的摩擦磨损性能杨诗婷

采用金属材料表面纳米化试验机对316L不锈钢进行了喷丸强化处理,采用激光共聚焦显微镜观察了不同喷丸条件下材料表面的三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;采用洛氏硬度计测量了喷丸强化后材料表面的硬度;采用材料表面性能综合测试仪测试了材料的摩擦性能;采用扫描电子显微镜观察了磨痕的表面磨损形貌。结果表明：对于机械抛光表面,弹丸直径越大,喷丸强化后材料表面粗糙度和摩擦因数越小,硬度越大;喷丸时间增加到30min,振动频率增加到50Hz时材料表面粗糙度明显减小;弹丸直径越大,喷丸时间和振动频率对摩擦因数的影响越大;喷丸时间和振动频率越大,耐磨性越强,磨粒粒径越小且越均匀。     

激光喷丸对Ti-6Al-4V合金显微组织及疲劳寿命的影响

研究低能量激光喷丸对Ti-6Al-4V合金疲劳寿命的影响。采用残余应力分析、表面粗糙度测量、X射线衍射、光学显微镜、纳米压痕硬度测试、扫描电镜和透射电镜以及疲劳测试对激光喷丸样品进行表征。结果表明,激光喷丸处理导致在合金表面及近表面区域形成纳米晶,并伴随有硬度的增加及残余压应力的产生。由于纳米结构表面的形成及残余压应力的存在而带来的有利影响,与未喷丸处理合金相比,喷丸处理合金的疲劳寿命明显得到延长。     

喷丸强化316L不锈钢表面的摩擦磨损性能

采用金属材料表面纳米化试验机对316L不锈钢进行了喷丸强化处理,采用激光共聚焦显微镜观察了不同喷丸条件下材料表面的三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;采用洛氏硬度计测量了喷丸强化后材料表面的硬度;采用材料表面性能综合测试仪测试了材料的摩擦性能;采用扫描电子显微镜观察了磨痕的表面磨损形貌。结果表明:对于机械抛光表面,弹丸直径越大,喷丸强化后材料表面粗糙度和摩擦因数越小,硬度越大;喷丸时间增加到30 min,振动频率增加到50 Hz时材料表面粗糙度明显减小;弹丸直径越大,喷丸时间和振动频率对摩擦因数的影响越大;喷丸时间和振动频率越大,耐磨性越强,磨粒粒径越小且越均匀。     

固溶及双时效处理对增材制造316L不锈钢组织性能的影响

采用激光选区熔化技术制备了316L不锈钢,并对其进行了固溶及双时效处理,利用光学显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机和显微硬度仪等研究了316L不锈钢热处理后的组织和性能.结果 表明:选区激光熔化成形的316L不锈钢试样的相邻熔池搭接紧密,搭接边界清晰,微观组织主要是生长方向各异的胞状晶;经固溶及双时效处理后,316L...     

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.     

激光冲击TC17钛合金叶片的微观组织/应力演变及缺口振动疲劳性能

目的 提高航空发动机叶片的抗疲劳性能。方法 采用高功率密度短脉冲激光冲击某型发动机TC17钛合金整体叶盘叶片模拟件,并采用飞秒激光在进气边预制缺口。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征激光冲击前后的表层微观组织。通过X射线衍射和三坐标测量仪分别测量激光冲击强化过程中的残余应力演变和宏观塑性变形,并由一阶弯曲振动疲劳对激光冲击强化效果进行评价。结果 激光冲击在TC17钛合金叶片表层诱导产生了高密度位错组织,但由于冲击次数的控制,未产生明显的晶粒细化效应。激光冲击叶盆面后,叶盆面呈现压应力状态,残余应力为330.5 MPa,叶背面呈现拉应力状态,其值为55.5 MPa。进一步激光冲击叶背面后,叶背面的拉应力转变为压应力,其值达到了267.0 MPa,叶盆面残余压应力减小,由330.5 MPa变为261.9 MPa。激光冲击叶盆面后,进气边与叶尖交点偏离初始位置0.119 1、0.129 1 mm;冲击叶背面后,位移偏离初始位置减小,分别为0.071 08、0.099 mm。激光冲击强化后,缺口振动疲劳寿命显著提升,平均循环次数由56 696周次增加到199 515周次,出现了明显的裂纹闭合效应。结论 激光冲击强化在TC17钛合金表层引入了高密度位错组织和双面贯穿式残余压应力,并将叶片宏观塑性变形控制在0.1 mm以内,在疲劳性能上获得了显著的提升。     

The effect of sensitization on the hydrogen-enhanced fatigue crack growth of two austenitic stainless steels

Fatigue crack growth tests were performed to evaluate the susceptibility to hydrogen-enhanced crack growth of AISI 304 and 316 stainless steels (SSs). Sensitization treatment at 650 °C 100 h played little effect on the fatigue crack growth behavior in air, regardless of testing specimens. However, hydrogen accelerated the fatigue crack growth of various specimens to different degrees; sensitized specimens were more susceptible as compared with the un-sensitized ones.

Fatigue fracture appearance of various specimens tested in air exhibited mainly transgranular fatigue fracture together with rarely intergranular fracture and twin boundary separation. Meanwhile, intergranular fracture was found for sensitized specimens tested in hydrogen. Extensive quasi-cleavage fracture related to the strain-induced martensite accounted for the hydrogen-accelerated fatigue crack growth of unstable austenitic SSs. On the other hand, the lower susceptibility of 316H specimens could be attributed to the partial austenite transformation, as evidenced by a mixture of transgranular fracture feature and quasi-cleavage.     

喷丸对预腐蚀后铝合金疲劳性能的影响

目的分析喷丸对铝合金腐蚀损伤构件疲劳性能的影响,为飞机构件的维修提供有效指导。方法以未喷丸、三面喷丸、三面喷丸腐蚀后再三面喷丸3类不同表面状态的7075铝合金试样为研究对象,改变Na Cl溶液质量分数、时间、温度,获得两种程度不同的腐蚀损伤,通过疲劳寿命、断裂位置、断口形貌,分析表面喷丸状态对铝合金疲劳性能的影响。结果腐蚀损伤较轻时,喷丸试样的疲劳寿命为未喷丸试样的7.84倍,喷丸试样腐蚀后若再喷丸处理,疲劳寿命是不再喷丸试样的1.62倍。未喷丸试样的断裂位置位于截面突变颈部区域,另两类喷丸试样的断裂位置则在夹持段前端。未喷丸试样的裂纹在断口表面的边缘位置形成,喷丸试样的中心区域形成光滑平整的稳态扩展区。腐蚀损伤严重时,喷丸处理仍然会提高铝合金的疲劳寿命,但3类不同表面状态试样的疲劳寿命差距会缩小;从试样断裂位置、断口形貌看,3类试样的差异也会弱化。结论铝合金腐蚀损伤件若腐蚀前进行表面先喷丸处理,疲劳性能会有明显提升;若腐蚀后再喷丸处理,疲劳性能还会进一步提升;喷丸处理还会削弱铝合金外形截面突变处的应力集中,抑制疲劳裂纹在构件表面的萌生及延伸。     

玻璃喷丸处理提高304不锈钢焊接接头抗应力腐蚀性能的研究

基于对304不锈钢焊接试板表面喷丸处理前后的表层残余应力X射线衍射测量，研究了在42％沸腾MgCl2溶液中，表面玻璃喷丸和铸钢喷丸对304不锈钢焊接试板应力腐蚀开裂敏感性的影响，比较了采用不同铸钢喷丸和玻璃喷丸处理工艺的304不锈钢焊接试板抗应力腐蚀开裂的能力．试验结果表明：未喷丸处理的焊接试板6h就发生开裂，50％、100％覆盖率的铸钢喷丸焊接试板分别在试验310h和3500h开裂，而200％覆盖率的铸钢喷丸焊接试板，50％、100％、200％覆盖率的玻璃喷丸焊接试板经历3500h也未见开裂．因此，喷丸处理工艺能够很好地提高焊接构件抗应力腐蚀开裂能力；且在同样喷丸强度下，焊接接头经玻璃喷丸工艺处理后的抗应力腐蚀能力明显优于铸钢喷丸处理工艺．     

喷丸对H13钢单边带缺口试样疲劳裂纹扩展行为的影响

喷丸工艺通过改变试件的表面形貌、微观组织及残余应力等表面完整性可以影响裂纹的萌生和扩展;对于存在缺陷的试件,喷丸的作用机制和影响结果有所不同。采用白光干涉仪、SEM、XRD及显微硬度计等对单边带缺口的H13钢薄板试样喷丸前后的表面完整性进行了测定。并借助原位SEM开展了系列裂纹扩展试验,分析了喷丸对试样疲劳寿命、裂纹扩展速率以及疲劳断口特征的影响。研究结果表明,虽然残余压应力诱发裂纹闭合,但由于喷丸后表面粗糙度的大幅提高增强了缺口效应,表面加工硬化使得韧性有所降低,以及残余应力在加载过程中发生松弛等因素,喷丸后单边带缺口试样的裂纹萌生过程缩短,疲劳寿命降低,且裂纹扩展速率的变化较小。喷丸前后疲劳断口形貌均为准解理特征,喷丸后断口近表面处的撕裂棱特征消失。     

Ti-6Al-4V合金的陶瓷湿喷丸表面强化工艺

采用新型陶瓷湿喷丸强化工艺对 Ti-6Al-4V 合金进行表面处理,研究不同喷丸强度对 Ti-6Al-4V 合金微观组织、形貌及残余应力的影响,并通过拉-拉疲劳试验验证陶瓷湿喷丸的强化效果,分析喷丸前后的断裂机理。结果表明：湿喷丸后的表面粗糙度较干喷丸的低,表面粗糙度、残余应力和应力场深度均随着喷丸强度的增加而增加,最大残余应力达-895 MPa,压应力层深度约为250μm;拉-拉疲劳极限比初始的提高了12.4%。微观组织分析表明,喷丸处理后合金的表层位错密度显著增大,晶粒细化,表面形成超细晶。     

稳定奥氏体不锈钢的氢脆

用光学显微镜,扫描电镜和X射线衍射仪研究了稳定的奥氏体不锈钢的氢脆现象。结果表明:1.阴极充氢能引起试样表面γ→ε转变,并有新的f_(cc)相的出现。2.充氢可使试样表面形成裂纹。3.拉伸试样表面充氢层的断口是穿晶解理断口。断口中的二次裂纹是沿着滑移线的。 上述结果证明:α′马氏体转变对于奥氏体钢的氢脆并不是必要的条件。稳定的奥氏体不锈钢中也会发生氢脆现象。     

喷丸强化残余应力对AISI304不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响

目的 探究喷丸强化残余压应力对AISI 304不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响规律.方法 建立并联合紧凑拉伸(CT)试样三维有限元模型和对称胞元喷丸有限元模型,发展一套多步骤数值模拟方法.首先,建立AISI 304不锈钢CT试样的三维有限元模型,模拟不同外加交变载荷工况下的疲劳裂纹扩展过程.基于线弹性断裂力学理论,利用裂纹闭合技术,计算不同裂纹长度对应的应力强度因子范围,采用修正的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,并通过试验数据对计算结果进行考核.其次,建立多弹丸分层逐次冲击靶面的对称胞元喷丸有限元模型,模拟100％和200％喷丸覆盖率下的残余应力场,并通过试验数据对该对称胞元喷丸有限元模型的有效性进行验证.最后,将喷丸强化诱导的残余应力场以读写外部文件的方式导入CT试样三维有限元模型,模拟在内部残余应力场和外部交变载荷共同作用下的疲劳裂纹扩展行为.结果 对于相同的喷丸工况,保持外加载荷比不变而减小最大外加载荷,或者保持最大外加载荷不变而减小外加载荷比,喷丸强化诱导的残余压应力对疲劳裂纹扩展的抑制作用愈加显著.对于相同的外加载荷工况,200％喷丸覆盖率工况比100％喷丸覆盖率工况更能有效降低AISI 304不锈钢的疲劳裂纹扩展速率.结论 喷丸强化诱导的残余压应力场能够有效抑制AISI 304不锈钢的疲劳裂纹扩展.     

喷丸强化对GH4169合金孔结构高温低周疲劳性能的影响

螺栓结构是航空发动机盘件的重要连接结构,但服役时存在结构应力集中的螺栓孔结构受到大载荷作用,容易发生疲劳失效。根据高压压气机盘螺栓孔结构设计中心孔板材疲劳试样,对中心孔板材疲劳试样进行喷丸强化,研究了原始、高强度和低强度喷丸工艺等3种状态下表面粗糙度和残余应力场,并表征了3种状态下的高温低周疲劳性能。结果表明:相比铰孔状态,大强度的喷丸工艺使孔壁表面粗糙度显著增大,并且在倒角区域出现喷丸塑性流动金属的堆积,虽然引入了深度较大的残余压应力场,但仍然使得疲劳性能有所降低;小强度喷丸后疲劳性能有所提高但分散度增大。通过断口可以看出,原始和小强度喷丸后疲劳源萌生在孔壁处,呈多源疲劳断口;大强度喷丸后疲劳源萌生在孔边倒角区域,为单源断口。     

激光冲击TC17钛合金疲劳裂纹扩展试验

为研究激光冲击强化对钛合金试件疲劳性能的影响,在标准试件的裂纹扩展路径上设计了全强化和间隔强化两种不同的强化方案,研究激光冲击强化对试件疲劳寿命和裂纹稳定扩展时速率的影响规律,利用有限元数值模拟和X射线残余应力测试获得了试件的残余应力场分布状态,并对比分析了试件的断口形貌和微观组织特征。结果表明:相比于未强化试件,激光冲击强化后试件的平均疲劳寿命分别提高了2.14倍和1.90倍,两种不同的冲击强化方法分别降低钛合金试件的裂纹扩展速率24%和15%。间隔强化后试件表面产生-512 MPa的最大残余压应力,裂纹扩展的C′值为-7.3,m值为2.6,而强化间隔区引入最大值为82.4 MPa的残余拉应力,裂纹扩展速率急剧升高,C′值减小至-13.6,m值为8.0。当裂纹扩展到强化区时,扩展速率再次降低,激光冲击强化对TC17钛合金疲劳裂纹扩展有显著的抑制作用。