钻、铰工艺对铝合金紧固孔件疲劳寿命的影响

为研究钻、铰工艺对紧固孔件疲劳寿命的影响,分别对LY12CZ硬铝合金疲劳试样采用钻、铰两种工艺加工出孔并进行了疲劳试验,对钻、铰工艺下孔壁的表面形貌和粗糙度、切向残余应力以及试样的疲劳断口特征进行了测定和分析。结果表明:钻削后孔壁的表面较粗糙,其表面粗糙度为12.92μm,而铰削后孔壁表面非常光滑,其表面粗糙度为1.57μm;钻削孔壁表层的应力为残余拉应力,幅值为165MPa,而铰削孔壁表层的应力为残余压应力,幅值为78MPa;相比于钻孔试样,铰孔试样的疲劳条带间距较窄,裂纹扩展速率较低,其疲劳寿命是钻孔试样寿命的1.81倍。     

TC4钛合金螺旋铣孔工艺孔壁表面完整性研究

研究了螺旋铣孔工艺参数(主轴转速、每齿切向进给以及螺距)对TC4钛合金孔壁表面完整性的影响规律。通过开展TC4钛合金螺旋铣孔加工正交试验并利用粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力仪、金相显微镜等测量分析了螺旋铣孔工艺对表面粗糙度、显微硬度分布、表面层残余应力分布以及显微组织变化的影响。结果表明:孔壁最大表面粗糙度Ra 0.431μm,能很好满足航天工业对制孔粗糙度的要求;适当孔壁硬化(硬化程度为129%~141%)提高了耐磨性;表面层残余应力均为压应力,有利于提高孔的疲劳性能;由于散热良好和机械载荷小,孔壁表层并没有出现"白层"现象;因此,螺旋铣孔工艺能大大改善钛合金制孔表面完整性。     

铣削参数对镍基高温合金FGH4113A加工表面完整性的影响

通过铣削试验分别研究了主轴转速(300,500,650,800,1 200 r·min^-1)、铣削进给量(0.030,0.045,0.060,0.075,0.090 mm·r^-1)和单道次铣削深度(0.20,0.35,0.50,0.65,0.80 mm)对FGH4113A镍基高温合金加工表面完整性的影响。结果表明：随着铣削进给量或单道次铣削深度的增大,加工表面的缺陷增多,表面粗糙度和硬度增大,表面残余应力逐渐由压应力转变成拉应力;随着主轴转速的增大,加工表面缺陷减少,表面粗糙度和硬度降低,残余压应力减小。在铣削速度超过800 r·min^-1、单道次铣削深度小于0.35 mm、进给量控制在0.045 mm·r^-1以下条件下,加工表面质量较好,表面粗糙度R_a在0.40μm左右,残余应力为压应力,且无明显硬化层。     

超声滚压处理提高30CrNiMo8钢疲劳性能可行性的研究

为了提高机车牵引电机轴的疲劳性能,对30CrNiMo8电机轴用钢进行了超声滚压强化处理。采用金相组织和表面形貌观察、表层硬度和残余应力以及疲劳极限测试等实验手段研究了精车加工试样分别经磨削和超声滚压处理后的表层组织、表面粗糙度、硬度和残余应力以及疲劳性能的变化规律。结果表明,超声滚压后试样表层产生了约300μm厚的变形层,距表面越近塑性变形程度越大,并在最表面产生了2～3μm厚的白亮层。与磨削处理相比,经超声滚压处理后试样的表面粗糙度Ra由精车的1. 886μm减小到1. 303μm,与磨削的1. 404μm相当;而表面硬度由350 HV增加到446HV,且随着距表面的距离增加而逐渐减小,其硬化层厚度约为300μm;而表层残余压应力由-249MPa大幅度提高到-838 MPa。超声滚压试样的疲劳极限比磨削试样的提高了约为33. 5%。此外,根据表面的粗糙度值,可以用超声滚压替代磨削这一工序。     

超声滚压载荷对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律

为了提高列车车轴的使用寿命,研究分析了不同强化处理后试样的表面形貌及其粗糙度、表层组织结构、表面硬度及其深度和表面残余应力,探索了滚压处理和不同载荷超声滚压处理对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律。结果表明：与磨削试样相比,滚压和超声滚压处理均改善了试样的表面粗糙度,其中低载荷超声滚压试样的表面粗糙度最低,达到了0.2μm;高载荷超声滚压试样的表层获得的塑性变形层最深;高载荷超声滚压试样的表面硬度值最大,达到了370 HV0.1,并形成了深度为150μm左右的硬化层;滚压试样和超声滚压试样表面均产生了较高的残余压应力。滚压和超声滚压处理使25CrMo4车轴钢表面硬度及硬化层深度的增加、产生较高的残余压应力和表面粗糙度的降低均会对其疲劳性能的提高产生有利的影响,特别是超声滚压处理的效果更佳。但过高的载荷会使车轴钢的表面粗糙度升高,从而对其疲劳性能的提高产生不利的影响。     

GCr15SiMn轴承钢表面超声滚压处理改性分析

使用HK30数控车床对GCr15SiMn轴承钢进行表面超声滚压处理,利用金相显微镜和扫描电镜观察试样超声滚压前后表面形貌和截面组织,并对比分析了超声滚压处理前后试样的硬度、表面粗糙度和残余应力。研究结果表明:超声滚压处理后,试样表面显微组织发生明显的塑性变形,形成约1μm的塑性变形层;试样平均表面粗糙度Ra值降低,表面更加平整,表面硬度和表面残余压应力升高;超声滚压处理改变了表面压应力的分布规律,即试样的残余压应力最大值都不在表面,而在次表面,残余压应力作用层由100μm增加至700μm。     

表面滚压处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

表面强化可提高高速列车车轴疲劳性能，延长使用寿命。对广泛应用于高速列车的EA4T车轴钢表面进行滚压处理，使用激光共聚焦显微镜表征表面形貌和粗糙度；借助光学显微镜分析滚压处理前后试样的显微组织，并采用EBSD测试滚压试样表层晶粒尺寸；采用显微硬度计测试强化层显微硬度分布并与未处理试样进行对比，采用X射线衍射残余应力分析仪分析其残余应力分布；基于旋转弯曲疲劳试验和扫描电子显微镜下的断口观测分析试样的疲劳性能。研究结果显示：滚压强化后，试样表层发生塑性变形，表面质量得到改善，且形成厚度约为400μm的硬化层，表层产生纳米晶；显微硬度提高了29%,表面最大残余应力为-576MPa,试样显微硬度和残余应力变化趋势一致，均为从表面向心部减小；滚压试样疲劳强度增幅为28%。试验结果表明，滚压是车轴延长寿命的一种有效方式。     

TC4板孔冷挤压强化残余应力分布与疲劳寿命

开展了不同挤压量下TC4钛合金板孔冷挤压强化有限元仿真研究,得到了挤压强化后最小截面的切向残余应力分布规律,分析了挤压量对受载试样孔边应力分布的影响,探讨了挤压量、残余应力和疲劳增益三者之间的内在关系。采用开缝衬套冷挤压强化工艺对TC4带孔板件进行冷挤压和疲劳验证试验。研究结果表明,挤压强化后的孔边切向压缩残余应力可以有效降低孔周应力集中程度,优化受拉试样最小截面应力分布,改变裂纹源的位置并延长疲劳裂纹的萌生和扩展寿命,有效提高试样疲劳寿命。综合仿真和疲劳试验得到TC4板孔最优挤压量为4%。     

车削加工工艺对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

对不同工艺车削加工的EA4T车轴钢进行旋转弯曲疲劳试验,研究了车削加工工艺对该钢疲劳性能的影响.结果表明:在不同车削加工工艺下,试验钢轴向残余压应力的最大值与最小值相差50MPa,周向残余拉应力的最大值与最小值相差25MPa,车削加工工艺对残余应力的影响不大;不同车削加工工艺下试验钢表面粗糙度均小于0.8μm,且表面粗糙度的最大值与最小值相差0.15μm,车削加工工艺对表面粗糙度的影响不大;当表面粗糙度小于0.8μm时,车削加工工艺对疲劳寿命的影响不大;疲劳断口均分为裂纹源区、裂纹稳态扩展区和瞬断区,且均只有一个裂纹源,疲劳裂纹都是在表面较深车痕的根部萌生并向内扩展.     

7055铝合金高速加工表面完整性对疲劳寿命的影响

为优化高强度铝合金高速铣削工艺参数,提高构件的疲劳寿命,通过高速铣削及疲劳试验,研究了7055铝合金高速铣削工艺参数对表面完整性的影响以及表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明:铣削表面残余应力均呈现为压应力;每齿进给量对表面粗糙度的影响大于铣削速度的影响,铣削速度和每齿进给量对表面显微硬度的影响不显著;7055铝合金试样的疲劳寿命随表面粗糙度增大而降低,随表面残余压应力增大而提高;在试验参数范围内最佳的铣削参数为铣削速度1 100 m/min、每齿进给量0.06 mm/z,试件的表面粗糙度为Ra0.327μm,表面显微硬度为187.44 HV0.025,表面残余应力为-177.7 MPa,疲劳寿命为1.275×105次。     

孔挤压强化对7A85铝合金锻件组织和疲劳性能的影响

采用孔挤压方法对含孔的7A85铝合金锻件进行了强化,对比分析了孔挤压前后试样的疲劳寿命;通过扫描电镜、透射电镜以及X射线应力仪等研究了挤压前后试样的疲劳断口形貌、显微组织变化以及孔表层的残余应力场。结果表明:采用5.3%的挤压过盈量可达到最佳强化效果,其疲劳寿命是挤压强化前的11倍;孔挤压强化后,试样在强化层处产生位错缠结及残余压应力,可有效延缓疲劳裂纹的扩展,从而提高试样的疲劳寿命,压应力层深度约为4.7 mm,最大残余压应力出现在距孔边约1 mm处,其值为-319 MPa。     

基于灰色关联分析方法和熵权法的纵扭超声振动螺旋磨削制孔工艺参数优化

为优化纵扭超声振动辅助螺旋磨削制孔工艺参数和提高加工性能,以氧化锆陶瓷为研究对象,选取螺距、螺旋进给速度、主轴转速和超声振幅为工艺参数,设计了四因素三水平正交试验,并测量其磨削力、孔壁表面粗糙度和孔底表面粗糙度;借助灰色关联分析方法和熵权法得到最优工艺参数为螺距3.5μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速20000r/min,超声振幅6μm;螺距、超声振幅、主轴转速、螺旋进给速度对灰色关联度的影响程度依次降低。建立了灰色关联度、目标参数与工艺参数的经验预测模型,得到最优工艺参数为螺距3.0μm,螺旋进给速度875mm/min,主轴转速22000r/min,超声振幅6μm;孔壁和孔底的表面粗糙度分别为0.12789μm和0.38137μm,磨削力为9.482N,且关联度略优于正交试验最大关联度。     

高强度喷丸对300M钢抗疲劳性能的影响

采用喷丸强度分别为0.424mm和0.576mm的两种工艺对300M钢进行高强度喷丸强化,从表面完整性、残余应力场、显微硬度及抗疲劳性能等方面研究了高强度喷丸对300M钢的强化效果。结果表明:喷丸强化处理后,300M钢试样喷丸面均被弹坑完全覆盖,表面粗糙度显著提高;喷丸后试样表层形成较高的残余压应力场,表面显微硬度得到提高;喷丸后试样疲劳寿命比喷丸强化前的有小幅提高,较高的表面粗糙度造成的应力集中以及微裂纹的产生是其疲劳寿命没有明显提高的主要原因。     

激光磨抛复合强化对15CrMnMoVA钢孔结构疲劳性能的影响研究

对15CrMnMoVA钢试件孔结构采用了坐标磨、数控磨抛和激光磨抛复合强化等不同工艺进行加工,分析其表面完整性特征,并对试件进行对称循环加速疲劳寿命试验。结果表明,试件孔结构的疲劳破坏机制为微动疲劳,增加孔的倒角尺寸会导致疲劳寿命降低;与传统的坐标磨工艺相比,数控磨抛工艺可以提高疲劳极限5%,而激光强化与数控磨抛复合工艺可以提高疲劳极限20%;激光强化能形成较深的残余压应力强化层,数控磨抛后残余压应力层仍然深达0.5 mm;数控磨抛可以提高孔的形状精度至0.009 mm,并进一步将孔壁抛光至镜面(表面粗糙度为Ra 0.018μm);激光磨抛复合强化工艺显著提高了孔结构的疲劳性能。     

孔挤压强化工艺对7A12铝合金组织及疲劳性能影响的研究

研究了孔挤压强化工艺对7A12铝合金锻件的疲劳增益效果,并通过透射电镜、扫描电镜及X 射线衍射仪等设备,研究了疲劳断口的形貌特征、微观组织变化以及孔壁表层的残余应力场分布。研究结果表明,挤压过盈量为5%时,孔挤压疲劳寿命增益效果最好,是未强化的13.5倍;孔挤压后,孔壁强化层内形成了深度＆gt;9 mm 的残余压应力层,强化层内形成的位错胞状结构可以有效延缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高材料的疲劳寿命。     

高干涉量压合衬套强化铝合金孔结构的疲劳性能

分别采用高干涉量压合衬套单侧挤压强化和两侧挤压强化两种工艺对7050铝合金孔结构进行强化,研究孔结构的残余应力和疲劳性能,并采用梯形累积法由疲劳断口定量反推出疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命。结果表明:孔结构中形成深度达12mm的残余压应力场,单侧挤压强化试样挤入端的残余应力显著低于挤出端的,两侧挤压强化试样挤入端和挤出端的残余应力相当;单侧挤压强化试样和两侧挤压强化试样的平均疲劳寿命比未挤压强化试样的分别提高了770%和1 500%,高干涉量压合衬套强化技术具有显著的疲劳强化效果,且双侧挤压强化的效果更好;高干涉量压合衬套强化技术可同时提高孔结构的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命,且萌生寿命提高的幅度更大。     

TC4开缝衬套冷挤压残余应力分布有限元仿真

开缝衬套冷挤压工艺在孔的周围产生残余压应力,广泛应用于航空结构件疲劳增寿。冷挤压后孔周围的残余应力分布对预测带孔试样的疲劳寿命至关重要。针对开缝衬套冷挤压工艺构造了二维有限元模型,研究了TC4钛合金孔冷挤压后的残余应力分布,并对比了不同相对挤压量下试样中间层上最大残余压应力值,得到了初孔半径为3.175mm的孔的最佳相对挤压量。     

航空齿轮主轴式滚磨光整表面完整性试验研究

采用主轴式滚磨光整工艺对14CrMnSiNi2MoA航空圆柱直齿轮进行光整加工试验,对航空齿轮滚磨光整前后的表面形貌、残余应力、显微硬度、微观组织等进行了系统研究。结果表明,对磨削后的航空齿轮进行滚磨光整,可以显著改善齿轮表面完整性;滚磨后齿面粗糙度可以降低到0.2μm以下,齿面平均残余压应力可以提高约45%,提高了齿面硬度;滚磨前后齿面粗糙度与残余应力分布表明,主轴式滚磨齿面残余压应力增加量和粗糙度降低量呈现为从齿根往齿顶逐渐升高。试验结果为齿轮滚磨光整工艺参数制定提供了理论依据。     

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.     

镜像铣和化学铣切对2A12铝合金表面完整性与疲劳行为的影响

对比研究了金刚石刀具和硬质合金刀具镜像铣，以及化学铣切2A12-T4铝合金试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力、硬度和疲劳性能。结果表明：镜像铣等厚度平板试样(一面硬质合金刀具加工，一面金刚石刀具加工)的细节疲劳额定强度比化学铣切试样提高了4.27%,而金刚石刀具镜像铣下陷试样的细节疲劳额定强度则提高了22.46%;金刚石刀具镜像铣试样获得了比硬质合金刀具镜像铣试样以及化学铣切试样更高的疲劳抗力。金刚石刀具镜像铣在试样表面引入了残余压应力，提高了表面硬度，降低了表面粗糙度，并未使表层组织受到破坏，因此裂纹萌生和扩展阻力提高。化学铣切试样表面存在的点蚀坑、晶间腐蚀缺陷及残余拉应力，以及硬质合金刀具镜像铣试样表面存在的较深刀痕沟槽和残余拉应力均促进了裂纹的萌生。