航空齿轮钢强化工艺与表面完整性关联规律研究

目的 探究不同加工工艺与表面完整性的关联规律。方法 对渗碳航空齿轮钢AISI9310 进行常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等齿轮高表面完整性强化加工工艺处理,使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度计对不同工艺状态下的试件进行表面形貌、表面粗糙度、残余应力和显微硬度等表面完整性表征。结果 喷丸能使得航空齿轮钢的表面粗糙度Sa值由磨削状态的0.68 μm增加到0.96 μm,而光整处理后,Sa下降到0.2 μm以下;微粒喷丸使表面残余压应力提升到–1 300 MPa,相比于常规喷丸和磨削状态,其幅值分别增加了450、800 MPa;滚磨光整使得表面残余压应力幅值进一步增加到1 400 MPa以上;二次喷丸及喷丸光整能显著提升表面硬度,相比磨削状态的645HV分别提升到718HV、721HV。 结论 二次喷丸、微粒喷丸、光整等工艺通过影响齿轮表面粗糙度、残余应力、硬度梯度等表面完整性参数,从而影响润滑状态、受力状态、应力集中、失效风险等,直接影响齿轮的服役性能。     

复合小径喷丸强化对齿轮接触疲劳性能的影响

为研究复合小径喷丸强化对齿轮接触疲劳性能的影响，通过有限元模拟与喷丸强化试验相结合对复合小径喷丸强化效果进行分析，利用齿轮接触疲劳寿命试验验证复合小径喷丸齿轮的寿命提升效果。结果表明：相较于单次小径喷丸，复合小径喷丸能够获得更大的残余压应力，且表面粗糙度更小；随着喷丸强度和喷丸覆盖率的增大，残余压应力值均有所增大，且残余压应力最大值深度基本不变。通过喷丸强化试验，验证了喷丸有限元模型的合理性，且复合小径喷丸强化在齿轮表层引入高残余压应力和提升表面硬度的同时基本不改变粗糙度大小。齿轮接触疲劳寿命试验结果表明复合小径喷丸后齿轮副间的传动效率明显升高，疲劳寿命相当于未喷丸齿轮的2.38倍，寿命提升效果明显。     

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。     

激光冲击强化前处理对AISI9310齿轮钢低温渗碳的影响*

AISI 9310 钢是一种高强度渗碳齿轮钢，具有较好的韧性。服役过程中，齿面极易发生磨损和接触疲劳失效损伤。为有效改善 9310 齿轮钢的耐磨损和抗接触疲劳性能，实现磨损和接触疲劳性能协同强化，提出采用激光冲击（LSP）+渗碳（LC） 复合强化的技术思路，采用激光冲击强化技术对 AISI 9310 钢基体进行前处理，再对其开展低温渗碳热处理。为进一步研究 LSP 和 LC 对 9310 齿轮钢微观组织形貌的影响规律，利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射表征渗碳层微观组织形貌和截面方向的晶体学特征，并对试件截面方向的硬度进行考核。研究结果表明，AISI 9310 钢的渗碳层厚度约为 14 μm, 最大硬度约为 305.67 HV，硬化层厚度约 300 μm；LSP 前处理后，渗碳层厚度提升到 23 μm，最大硬度提升到 328.87HV，硬化层厚度提升到约 700 μm。对比发现，LSP 前处理分别可将 9310 钢低温渗碳层厚度提升 64.3%，渗碳层硬度提升 23.17 HV， 硬化层深度提升 133%。这主要是低温渗碳对 9310 钢的 Kernel 平均取向差（KAM）和小角度晶界影响较小，但是 LSP 前处理可引入塑性变形并提升小角度晶界比例，有助于碳元素扩散，促进 9310 钢低温渗碳行为，提升渗碳层厚度、硬化层硬度和厚度。初步解决了 LSP 前处理诱导微观组织缺陷促进碳元素扩散的问题，可为 LSP 复合强化提升航空齿轮关键部件服役寿命提供技术支撑。     

喷丸强化对18CrNiMo7-6渗碳齿轮表面性能的影响

采用气动式喷丸机对渗碳后的18CrNiMo7-6齿轮进行不同参数的喷丸强化,利用三维光学显微镜、扫描电镜、显微硬度仪和X射线残余应力分析仪对齿轮根部三维表面形貌、表层微观组织、显微硬度和残余应力进行分析。使用高频疲劳试验机对不同喷丸参数强化的齿轮进行疲劳试验。结果表明:喷丸强化可提高齿根的表层硬度,降低材料表面的残余应力,细化表层组织。通过优化喷丸工艺参数,试样的弯曲疲劳寿命提高了8.39倍。     

喷丸强化对20CrMnTi渗碳齿轮组织和性能影响

采用强力喷丸工艺对20Cr Mn Ti钢渗碳齿轮试样进行了表面强化处理。利用硬度仪、X射线应力分析仪、表面粗糙度仪、X射线衍射仪和扫描电镜,分别测试分析了试样处理前后的显微硬度、残余应力、表面粗糙度、残余奥氏体含量、接触疲劳强度和疲劳断口形貌。结果表明:喷丸强化可显著提高试样表面的残余压应力,残余奥氏体量减少,表层显微硬度增加,表面粗糙度有不同程度增大,接触疲劳强度明显提高。     

表面喷丸改善铝合金高周疲劳寿命的试验研究

对7075铝合金试件引入表面喷丸强化工艺,测试并分析表面粗糙度、表层显微硬度与表层残余应力分布情况,评估试件在低循环应力下高周疲劳寿命的增益效果,结果表明,喷丸一方面可引入高应力峰值、大应力影响深度的表层残余压应力,是改善疲劳性能的主要因素;但另一方面,过度喷丸引入的表面缺口效应也使应力敏感性大为增加,易引起应力大幅松弛,总体上选择强度较小的喷丸工艺对改善试件高周疲劳寿命更加有利。     

高强钢大直径内螺纹超声滚压强化技术

为改善高强钢内螺纹的表面质量,提升螺纹的疲劳寿命和可靠性能,将超声滚压强化技术应用于高强钢大直径内螺纹。采用光学显微镜、显微硬度仪、应力测试仪和疲劳试验机等仪器对滚压前后的螺纹试件表面的显微形貌、粗糙度、硬度、残余应力和疲劳寿命等进行分析。结果表明:超声滚压后螺纹表面残留的加工痕迹可基本消除,牙底表面粗糙度较未滚压降低约50%,较普通滚压降低约30%;超声滚压后表面硬度较未滚压提升17%,而较普通滚压提升约14%;超声滚压后表面残余压应力较未滚压提升60%,而较普通滚压提升约50%。超声滚压后工件疲劳寿命可达到未强化工件疲劳寿命的5倍以上。综上所述,超声滚压强化对于高强钢大直径内螺纹表面质量具有良好的提升效果。     

无损应力测试在17Cr2Ni2Mo钢汽车齿轮中的应用

对17Cr2Ni2Mo钢制汽车齿轮试件进行热处理、磨削加工及喷丸强化,借助无损残余应力测量设备与显微硬度测试议测试了各处理工艺下试件表层残余应力与显微硬度。结果表明,常规的渗碳淬火+回火处理工艺可保证较高的表层残余压应力与力学性能,磨削加工会恶化残余应力分布,降低疲劳性能,而喷丸强化则可彻底改变表层原始应力分布状态,有利于提高抗疲劳性能。     

40CrNiMoA合结钢喷丸强化残余应力分析

针对表面喷丸强化处理后的40CrNiMoA合结钢圆棒试件,采用X射线无损残余应力测试手段检验其喷丸处理的效果,并通过旋转弯曲疲劳试验分析其残余应力松弛现象,评估各喷丸工艺改善疲劳寿命的程度与稳定性。结果表明,喷丸可显著提高试件的疲劳寿命,应力松弛与外应力幅、循环周期及初始应力场分布有关,表面残余应力水平并非喷丸效果评估的最关键因素,疲劳寿命的增益程度受多种因素共同作用。     

新型无银触头材料

采用粉末冶金技术研制了一种新型无银触头材料,该材料的综合性能,如密度、硬度、电阻率、灭弧特性及温度特性与银氧化物触头材料接近.当新型无银触头材料的相对密度与银氧化物触头材料的相对密度相同时,两者电阻率相当,而其硬度高于银氧化物触头材料的;温升和通断能力试验结果表明:所研制的无银触头在许多应用领域中,如在电力机车上可替代银氧化物触头材料.实验表明:该材料的相对密度大于98%,硬度(HB)大于950 MPa,电阻率小于2.78 μΩ·cm.     

A mathematical model of rough surface contact characterization in spot welding

0ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｌｌｙ,ｔｈｅｒｅａｒｅｔｈｒｅｅｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅｓｉｎｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ ,ｔｈｅｕｐ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ ,ｔｈｅｓｈｅｅｔ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ (ｆａｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ)ａｎｄｔｈｅｄｏｗｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ.Ｏｎｏｎｅｈａｎｄ ,ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｔｔｈｅｓｈｅｅｔ/ｓｈｅｅｔｆａｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎ…     

固/液界面润湿性对线接触油膜润滑的影响

目的 优化表征固/液界面的表征参数。方法 应用AF和FAS修饰柱面滑块以获得不同润湿性的表面,并测量PEG200、150N和PAO6三种润滑油在AF、FAS和SiO2表面上的接触角、接触角滞后以及三种表面的表面自由能。通过对线接触润滑油膜厚的测量,评价固/液界面润湿性与油膜厚度的关联性。结果 润滑油为PEG200或150N时,在SiO2/SiO2接触副产生的油膜厚度高于SiO2/FAS接触副,而且接触角越小,油膜厚度越大;接触角滞后越大,油膜厚度越大。PEG200、150N和PAO6润滑油分别在SiO2/SiO2和SiO2/AF同一接触副时,呈现出几乎相同的油膜厚度。此时,接触角滞后与油膜厚度的关联性优于接触角。此外,润滑油在AF表面测得的接触角最大且接触角滞后最小,但产生的油膜厚度最大,该现象可以归因于油膜承载力/厚度与界面强度的非单调性。结论 在线接触流体动压润滑条件下,固/液界面的润湿性能够影响油膜厚度。界面表征参数接触角和接触角滞后,与油膜厚度的关联性都存在一定的局限性,但相对而言,接触角滞后的范围更大。AF界面特性与油膜厚度的关系,证明了疏油表面可以具有较好的成膜能力。     

压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响

采用粉末冶金法制备碳纳米管-银-石墨复合材料电接触材料,在带电状态下（10A／cm^2）,研究了压力对碳纳米管-银-石墨复合材料接触电压降的影响,结果表明：当压力较小时（10N／cm^2,5N／cm^2）,由于电刷的跳动产生火花,导致复合材料接触电压降较大;随压力增加,复合材料电刷和换向器的实际接触面积增大,接触电阻减小,电刷的接触电压降下降;由于碳纳米管的研磨作用,阻止了润滑膜随磨损时间延长而增厚,使电刷的接触电压降维持在一个较稳定的数值上。     

Failure characteristics of Ag-SnO2 contact material in AC level

The failure characteristics of the contact material Ag-SnO2 were investigated by X-ray diffraction（XRD）,scanning electron microscopy（SEM）,and X-ray energy dispersive spectroscopy（EDS）.Phase analysis showed that there were Ag,SnO2,and Sn on the contact surfaces at the time of failure under the load condition of 30 A and 220 V（AC）,which means that SnO2 decomposed in service.When the contacts were tested under airproof ambient condition,half-spherical bulges came into being on the contact surfaces,which resulted in early failure and dispersive characteristics.But half-spherical bulges were not found when the contacts were tested under open ambient condition.The temperature change of the contacts during the life testing under airproof ambient condition was different from that under open ambient condition.     

AgCuO电触头材料的接触电阻及电弧侵蚀形貌分析

采用原位反应合成法制备CuO含量为10%的AgCuO电触头材料,使用接触电阻参数测试仪对试样在不同电流条件下开闭次数与接触电阻的关系进行研究,并通过扫描电镜对试样的阴/阳极表面微观形貌进行电侵蚀特性分析。结果表明,低电流条件下AgCuO电触头材料的接触电阻基本都是先升高,然后在某一开闭次数时急剧下降,最后基本趋于一定值,且AgCuO电触头材料接触电阻会随着试验电流的增加而逐渐降低;当电流达到25A时,AgCuO电触头材料的接触电阻最低,且随开闭次数的增加其接触电阻变化不大,材料的接触电阻表现出极佳的稳定性。电弧侵蚀后的形貌分析发现,阳极表面呈凹凸状,并有气孔和裂纹,而阴极表面呈现浆糊状尖峰结构。     

叶片表面微细观结构对润湿性的影响

目的 探究叶片表面微细观结构对其润湿性的影响因素,以及控制机理。方法 以银杏（Ginkgo biloba,G. biloba）、二乔玉兰（Magnolia soulangeana, M. soulangeana）和二球悬铃木（Platanus acerifolia, P. acerifolia）3种处于落叶期初段的叶片样本为研究对象,测量3种叶片正背面的接触角,结合环境扫描电子显微镜图像,对比分析不同叶片正面和背面微细观结构及其对接触角的影响。结果 实验结果表明,落叶期初段银杏、二乔玉兰和二球悬铃木叶片正面均表现出弱亲水性,接触角分别为54.40°～66.80°、57.93°～74.87°、55.73°～82.23°。在银杏叶片背面,无论是顺纹理还是逆纹理方向,均表现出疏水特征,顺纹理方向的接触角为122.63°～135.10°,逆纹理方向的接触角为103.03°～134.13°。二乔玉兰和二球悬铃木的背面为中性润湿,接触角分别为82.87°～96.37°、90.50°～97.47°。结论 不同类型叶片的表面微结构显著不同,同种类型叶片正背面微结构也表现出较大差异。3种叶片背面接触角均...     

纯银触头熔桥行为高速摄像研究

采用自主设计的电接触-高速摄像试验系统,在直流单分断模式下对纯银触头在电接触过程中所发生的熔桥行为进行观测,从而在不同的电流条件下对电接触过程中熔桥的形貌尺寸进行研究,同时通过SEM对电接触熔桥行为作用后纯银触头的表面进行形貌分析。结果表明,在DC 10 V(8~20 A)条件下,纯银触头在电接触过程中形成的熔桥有圆柱型和哑铃型2种形貌,并且其尺寸为微米级;熔桥的直径和长度都随电流的增大而呈现出先减小后增大的趋势,10~15 A范围内纯银触头在电接触过程中不易形成熔桥,电接触过程中电弧可能先于熔桥而产生,并且熔桥和电弧现象可以同时存在。     

粗糙表面弹塑性加卸载多级接触模型

真实工程表面在微观尺度上都是粗糙的,它们之间的接触实际上是表面微凸体的接触,粗糙表面间的接触行为对接触部件的真实承载能力、摩擦磨损等性能都有重要影响,研究工程表面间的真实接触行为是摩擦学研究的主要内容之一。采用最小均方误差法得到表面轮廓抛物线拟合曲线,在最大限度近似原始表面轮廓的同时,该方法能够更好地适用于微凸体弹塑性接触加卸载模型。通过单个微凸体上的支承载荷将总体级别模型和微凸体级别模型相联系,建立粗糙表面多级接触加卸载模型。以柱面与平面接触为算例,将接触区域视为与圆柱母线平行的离散线条集合,得到微凸体法向变形量和粗糙表面真实接触面积,该模型可用于分析粗糙表面弹塑性加卸载的真实接触行为。     

织构化涂层表面的黏附接触力学行为研究

目的 建立刚性微球与织构化涂层表面黏附接触数值分析模型,探究织构化涂层属性对微观接触副黏附力学性能的影响。方法 基于Hamaker求和法以及Lennard–Jones势能定律,考虑织构高度对接触体间距离分布的影响以及涂层、织构材料属性对接触体间黏附力的影响,建立织构化涂层表面黏附接触力学模型并验证所提模型。基于所提模型,研究不同Tabor数下织构形貌、密度、高度以及涂层厚度对接触系统黏附力学性能的影响。结果 在相同参数下,圆柱型织构黏附力最大,半椭球型织构次之,四棱锥型织构最小。织构密度从200μm^-2增加到4 000μm^-2时,最大黏附力随着织构密度的增加而增加,圆柱型织构增加约5～6倍,四棱锥型织构增加约1.5倍。随着织构高度从1ε_bs增加至30εbs,最大黏附力减小,四棱锥型织构减小最多,约为原来的1%,圆柱形织构减小最少,约为原来的90%。涂层厚度能够影响黏附力的大小,但影响规律与织构化涂层的Tabor数及织构高度相关。随着涂层厚度从1ε_bs增加至16ε_bs,大Tabo...