国产7B50铝合金大规格厚板喷丸成形曲率变化规律研究

采用喷丸成形工艺对国产7B50铝合金进行成形工艺研究,通过对平板件和单筋试验件进行不同参数的喷丸成形基础测试,获得曲率半径与喷丸成形工艺参数的对应关系,并在三筋试验件上验证,获得三筋试验件展向最小曲率半径及其对应的弦向曲率半径。结果表明,随着平板厚度和移动速度的增加,平板试验件弦向曲率半径递增;随着气压增大,平板试验件弦向曲率半径递减。不论是自由状态还是预应力状态,随着移动速度增加,单筋试验件展向曲率半径递增。采用预应力方式获得展向最大曲率变化的马鞍形型面,三筋试验件展向最小曲率半径达到37 692 mm,相应的弦向曲率半径为5 385 mm。     

弯扭复合变形整体壁板喷丸成形工艺研究

为了获得实用的机翼整体壁板喷丸成形工艺数据,建立了喷丸成形板件的弯曲半径、弦向型面波浪度和展向母线直线度与成形工艺参数之间的关系,分析了弹丸速度、喷丸条带间距、试件厚度、施加的预应力等主要工艺参数对具有弯扭复合变形的整体壁板零件喷丸成形的影响规律;针对喷丸成形的球面变形现象,介绍了几种克服这一问题的技术措施,如条带喷丸、预应力喷丸等.研究表明,改变喷丸条带的间距及毛坯板料的厚度对试件弦向型面波浪度及展向母线直线度的影响效果相反;提高弹丸速度将增加喷丸成形的曲率,但在较高转速下提高叶轮转速对增加试件的变形程度影响不大;预应力喷丸成形方式是增加壁板弦向弯曲曲率及改善展向母线直线度的有效措施.     

喷丸条件对残余应力场的影响规律

采用试验方法研究了喷丸条件对残余挤压应力场的影响规律.试验对不同弹丸尺寸、不同覆盖率所形成的残余应力场采用X射线方法进行测量,结果表明,喷丸条件对残余应力场的深度和水平的影响存在如下规律:弹丸尺寸对残余应力场的深度影响明显,在相同的喷丸气压和喷丸强度下,大弹丸形成的残余应力场较深;弹丸覆盖率对残余应力水平影响明显,相同喷丸气压下,增加喷丸覆盖率则能提高残余应力水平;试件厚度对应力分布无明显影响.     

基于均匀设计的喷丸指标响应面模型建立及应用

针对2024-T351铝合金试验件,利用直径Φ3. 18 mm大尺寸弹丸,选取喷丸气压、进给速度及弹丸流量3个重要喷丸工艺参数,通过设计均匀试验并运用MATLAB软件对喷丸试验结果进行逐步回归分析,建立弹坑直径、弹丸速度和覆盖率3项喷丸指标与喷丸工艺参数间的二阶响应面模型。利用该模型并结合多弹丸撞击有限元模型获得相应喷丸工艺参数下的平均诱导应力场,从而实现喷丸成形应力场法数值模拟。模拟变形结果与试验变形结果对比表明模拟值均小于相应试验值,最大误差14. 8%,平均误差9%,二者符合较好,表明基于喷丸指标响应面模型的应力场法数值模拟方法完全可以应用于喷丸成形数值模拟分析。     

铝合金弹性预应力超声喷丸成形试验

超声喷丸作为一种新型的板料成形技术,具有易操作,能耗少及优良成形性能等优点,广泛应用于板料成形中。但自由状态下,超声喷丸成形也易发生球面变形,因而提出了弹性预应力超声喷丸成形方法,以2024-T351铝合金壁板为研究对象,分析预弯力矩大小、成形轨迹和壁板厚度对成形曲率半径及成形性能的影响。试验中通过控制壁板展向的弯曲曲率来实现弹性预弯。结果表明:预应力超声喷丸能够大幅度减小壁板展向的成形曲率半径,同时增大弦向成形曲率半径,且随着预弯曲率半径的减小,这种减小和增大的效应随之逐渐增大。此外,与自由状态相比,预应力超声喷丸能够产生幅度和深度更大的残余压应力场,且表面粗糙度并未随着预弯曲率的增大而增加。分析认为,弹性预应力超声波喷丸能够进一步提高受喷材料的成形曲率并在一定程度上减小球面变形趋势,对大变形大厚度的单曲率零件成形具有重要的意义。     

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。     

预应力超声喷丸参数对板材弯曲曲率及球面变形的影响（英文）

采用弹性预应力超声喷丸成形技术解决自由超声喷丸成形中板材弯曲变形不充分及出现大球面变形的问题。通过对弹性预应力超声喷丸成形过程进行理论分析,研究弹性预弯力矩对弯曲变形的影响。为了定量描述喷丸过程中球面变形程度,定义球面变形系数。开展自由喷丸和弹性预应力喷丸实验,分析两种喷丸方式的区别,并研究喷丸成形参数对板材成形曲率及球面变形系数的影响。结果表明,弦向喷丸轨迹有利于提高板材展向弯曲变形、同时减小球面变形系数。大预弯曲率能增大展向弯曲变形,同时减小弦向变形,从而显著减小球面变形系数。大撞针速度、小板厚及小偏置距离均有利于提高展向弯曲变形;在预应力喷丸成形过程中,大撞针速度有利于减小球面变形,而板厚及偏置距离的变化对球面变形系数影响很小。综上,在预应力喷丸成形过程中,预弯曲率及喷丸轨迹是最重要的两个影响参数。本研究可为大厚度翼板类零件的预应力超声喷丸成形过程参数优化提供指导。     

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。     

基于激光喷丸的板料成形试验研究

利用不同能量的Nd∶Glass激光对不同厚度的LY12CZ航空铝合金进行了激光喷丸成形。激光脉冲参数为波长1.06μm,脉冲为23ns,光斑直径为7mm。试样尺寸为100mm×25mm。激光喷丸沿宽度方向进行,相邻光斑的距离为4mm。试样的表面涂有黑漆,流动的水帘作为约束层。结果表明,试样经多条激光喷丸后,试样变成了单曲率的圆筒形,试件表面都存在有益的残余压应力,曲率半径随激光脉冲能量加大而减小,随板料厚度的减小而加大,随喷丸条带间距的加大而加大。     

大型机翼整体壁板喷丸延展量数值模拟

分析了大型机翼整体壁板在喷丸成形及强化过程中产生延展变形的机理,并介绍了几种喷丸成形数值模拟的方法;对于弹丸不重叠排布的情况,采用长方形和三角形两种喷丸覆盖率计算模型,对于弹丸随机排布发生重叠的情况下,采用Avrami覆盖率计算模型,通过多弹丸撞击长方体胞元的有限元模拟方法,得到弹丸撞击后靶材的表层诱导应力场的分布规律;进而采用直接应力法建立了预测喷丸成形及强化延展变形的有限元模拟方法,通过试板喷丸成形参数和试板弯曲及延展的变形规律的试验,验证了其有效性,进而将其应用于C919机翼下前整体壁板板坯延展量的模拟,取得了与试验吻合较好的结果。     

喷丸过程中喷嘴移速对颗粒分布的影响

目的探究喷丸过程中颗粒在靶材上的分布特性及喷嘴移动速度带来的影响。方法利用FLUENT对定点喷丸过程进行CFD仿真,获得定点喷打时颗粒在靶材上的位置,然后再使用MATLAB对定点喷打的颗粒结果进行叠加处理,以此模拟连续喷丸过程。首先进行平面喷打模拟,分析喷嘴速度对颗粒分布的影响。通过添加颗粒查询方法可对旋转喷丸过程进行模拟,以方型柱体为例进行转动喷打,并优化转动速度。结果喷嘴匀速平移时,在喷嘴路径方向上的颗粒分布密度恒定,该密度值与移动速度呈反比;变速平移时,在喷嘴路径方向上的颗粒分布密度与喷嘴扫掠截面和喷嘴移动速度相关,且喷嘴扫掠截面越小,颗粒分布密度与运动速度越接近反比,并利用数学模型验证了方法的可靠性;旋转喷打时,针对方型柱体靶材,匀速转动喷打的颗粒分布密度呈起伏变化,通过优化转动速度得到大幅改善,可节约24.2%的喷丸时间与颗粒使用量。结论采用FLUENT与MATLAB结合的方式,可对连续喷丸过程中靶材上的颗粒分布进行合理描述。匀速平移喷打时,颗粒分布密度与移速呈反比;变速平移喷打时,颗粒分布密度与移速呈负相关,靠近反比关系;变速转动喷打时,合理的变速转动喷打较匀速转动喷打拥有更好的颗粒分布均匀度,可大幅缩减颗粒使用量,并提高喷丸效率与喷丸质量。     

喷丸工艺对TC4钛合金梯度纳米晶结构的作用规律

目的通过改变喷丸的压力或时间,在钛合金表面制备出剧烈塑性变形(SPD)层较厚、硬度较高的梯度纳米晶结构。方法改变喷丸压力(0.3~0.6 MPa)或喷丸时间(15~60 min),调控TC4钛合金表面梯度纳米晶结构的变形层厚度和纳米晶晶粒尺寸。利用金相显微镜观察塑性变形层截面的组织形貌,通过X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)确定喷丸表面纳米晶的晶粒尺寸,通过显微硬度计对塑性变形层的截面硬度进行研究。结果一定喷丸压力(0.6MPa)下,SPD层和总变形层厚度分别在喷丸25、30 min时达到饱和值78μm和143μm。一定喷丸时间(25 min)下,SPD层和总变形层的厚度随喷丸压力的增加而增厚,在0.4 MPa时达到饱和,分别为78μm和120μm。当SPD层厚度进入饱和阶段后,表层晶粒大小和硬度强化程度都趋于稳定;在0.6 MPa下,当表面α相细化至稳定阶段时,晶粒尺寸为30~90 nm,表面硬度提高约30%。结论喷丸SPD层及总变形层的厚度随喷丸时间的延长或喷丸压力的增大而增厚,当SPD层厚度趋于饱和后,表面晶粒尺寸和硬度强化程度都已饱和。     

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。     

Evaluation of Surface Residual Stresses in Friction Stir Welds Due to Laser and Shot Peening

The effects of laser, and shot peening on the residual stresses in friction stir welds (FSW) has been investigated. The surface residual stresses were measured at five different locations across the weld in order to produce an adequate residual stress profile. The residual stresses before and after sectioning the coupon from the welded plate were also measured, and the effect of coupon size on the residual stress relaxation was determined and characterized. Measurements indicate that residual stresses were not uniform along the welded plate, and large variation in stress magnitude could be exhibited at various locations along the FSW plate. Sectioning resulted in significant residual stress relaxation in the longitudinal direction attributed to the large change in dimensions in this direction. Overall, laser and shot peening resulted in a significant reduction in tensile residual stresses at the surface of the specimens.     

7050铝合金表面亚微米化及其显微硬度的研究

通过改进7050铝合金表面纳米化技术(调节喷丸压力、弹丸直径和喷丸时间)在材料表面获得亚微米晶层,利用OM、XRD、SEM等方法对亚微米结构表层进行了观察和分析。结果表明:喷丸使7050铝合金表面发生一定的塑性变形,表层亚微米晶尺寸约88 nm,显微硬度比基体提高2倍。     

锆合金微弧氧化后喷丸致密化研究

目的提高锆合金微弧氧化后表面氧化膜的致密度。方法先对锆合金进行微弧氧化处理,在表面形成氧化锆陶瓷层,再进行不同工艺下的喷丸处理,以提高锆合金表层氧化膜的致密度。通过表面粗糙度测试,表征不同喷丸工艺下试样表面的塑性变形程度,并通过扫描电子显微镜对氧化膜表面形貌和横截面厚度进行分析,最后计算表面膜层中的孔隙率,以表征微弧氧化后喷丸的致密化效果。结果较高的喷丸强度和较长的喷丸时间均会使得膜层表面发生剧烈的塑性变形,导致表面氧化膜脱落,对锆合金的表面完整性具有不利影响。当使用AGB35玻璃丸在0.2 MPa气压下喷丸10 s时,取得了较好的致密化效果。与微弧氧化后的原始试样相比,气压控制在0.2 MPa,时间控制在10 s的喷丸处理,可以减小膜层中孔洞的尺寸和数量,使氧化膜中的孔隙率从原始的16.45%降低至7.27%,有效提高了膜层的致密度。随着喷丸气压增加至0.3 MPa或喷丸时间延长至30 s,氧化膜发生大面积脱落,部分基体与氧化膜之间产生孔隙,氧化膜中的孔隙率反而增加至20.20%,这对锆合金的表面完整性具有不利影响。结论合理控制微弧氧化后的喷丸工艺参数,可以致密化锆合金表面的氧化膜,使其更具有保护性,而过高的喷丸强度和过长的喷丸时间均不能实现较好的致密化效果。     

高能喷丸参数对304不锈钢表面性能的影响

采用气动喷丸方式,研究喷丸压力和喷丸时间等工艺参数对304不锈钢表面性能的影响。用X射线衍射方法检测了试样表层的晶粒尺寸和相组成,用显微硬度计测量了试样表层的显微硬度。结果表明,304不锈钢板经高能喷丸处理后,表层晶粒明显细化,达到纳米级,喷丸压力越大,晶粒越小;表层组织发生了应变诱导马氏体相变。随着喷丸压力增加,马氏体相逐渐增多,奥氏体相减少;喷丸处理后表层硬度显著提高,显微硬度值是未处理试样的2倍多;在5～15 min范围内,喷丸时间对试样表面性能影响不大。通过对弹丸粒子的运动分析,得到喷丸的能量主要与喷丸压力,弹丸密度、直径以及喷丸距离等参数有关,随着弹丸动能增大,表层晶粒逐渐减小,晶格畸变增加。