激光复合处理K24超合金表面残余应力

利用激光冲击技术对经激光淬火形成的K24超合金先进行了复合处理,用X-350A型X射线应力仪测定了激光复合处理区的残余应力,同时分析了复合处理区在500℃回火处理工艺后的残余应力变化规律,并对K24超合金复合处理区疲劳寿命的影响进行了研究。结果表明,激光冲击处理K24超合金淬火区后的残余压应力为600 MPa以上,经500℃回火处理81、6 h后残余应力仍然大于基体的残余压应力,其回火稳定性较好,有利于提高K24超合金的疲劳寿命。     

50CrVA钢复合处理后残余应力的分布及疲劳性能的研究

本文研究了50CrVA钢经气体软氮化加整体淬火复合处理后的残余应力分布及其疲劳特性。试验表明,复合处理可以明显地改善试样的残余应力分布情况,使表面呈压应力状态。由于表层氮、碳含量变化而引起的Ms点的变化与试样在冷却时存在的温度梯度的交互作用,使残余压应力的最高值出现在次表层,而在复合处理得到的强化层与心部组织交界处存在一压应力的“低谷”。复合处理后,试样表面的强化层对疲劳裂纹的扩展具有较大的阻碍作用,与常规处理相比,其旋转弯曲缺口疲劳极限提高约26.5％。     

复合PSZ残余应力及微观结构分析

用有限元方法研究了复合ＰＳＺ材料立方到四方相变过程中的残余应力及其对材料微观结构的影响。     

切口试件的激光处理对其疲劳寿命的影响

针对切口试件根部经激光处理后，材料在光斑直径大小东南人的组织硬化，从而使试件的旋弯疲劳过程由３个阶段变为５个阶段，研究了疲劳寿命在不同应力状态下的变化过程，由Ｐａｒｉｓ公式给出了计算疲劳寿命的公式，并分析了寿命变化的原因。     

不锈钢汽车排气管激光焊接残余应力

为了提高不锈钢管的冷加工成形性能,进一步优化相应焊接工艺,在对汽车排气管激光焊接温度场进行数值模拟研究的基础上,分析激光焊接汽车排气管残余应力.在考虑网格的疏密过渡以及材料力学性能参数随温度的变化条件下,分析激光焊接不锈钢管残余应力演变过程及分布特点,即滚轮挤压量越小,平均残余应力越小,但容易出现咬边和未焊透,在局部产生应力集中,更容易在焊接管冷加工时出现开裂;激光焊接线能量减小,轴向残余应力区域变窄,峰值应力增加.将激光焊接残余应力与钨极氩弧焊(TIG)+激光焊的残余应力进行对比实验,结果表明,不锈钢管TIG+激光焊残余应力与激光焊接具有相似的分布,分布区域相对变宽,焊轴向残余应力比激光焊接小,提高了焊接管冷加工成型性能.     

对40Cr钢表层硬度残余应力及接触疲劳性能的研究

研究了表面淬火、离子氮化＋表面淬火的复合热处理以及复合热处理＋喷丸处理3种表面强化处理工艺对40Cr钢的表层硬度残余应力分布以及接触疲劳性能的影响,结果表明：经过复合热处理＋喷丸工艺处理的40Cr钢可获得最高的表层硬度和残余压应力,同时也表现出最为优异的接触疲劳性能。据此提出,高的表层硬度和残余应力能够有效地抑制接触疲劳裂纹在试样表面的萌生和扩展,因而可大大提高40Cr钢的接触疲劳寿命。     

激光焊接的温度场及焊缝残余应力分析

激光焊接过程是一个快速不均匀的热传导过程,由于激光与材料相互作用的复杂性,使得激光焊接质量难以保证.本文根据激光焊接的特点与实际加工环境建立了激光焊接的热力学模型,利用有限元分析软件ANSYS对焊接结构的温度场及残余应力进行分析,可实现焊接结构的质量和使用性能的预测,便于工程应用.     

反续热处理对激光熔铸层残余应力的影响

本在镍基合金ＤＺ４的光辉熔铸然基基合金层，研究了后续热处理温度对熔铸层残余应力，显微硬度和金相组织的影响，结果表明，在低温退火处理时，可部分地消除熔铸层的残余应力，而熔铸层组织和显微硬度并无明显变化，在高温退火处理时，熔铸层大部分应力得以消除，但熔铸层显微硬度下降，同时，熔铸层枝晶组织开始碎化。     

飞秒激光加工K24高温合金的仿真与试验分析

为探究飞秒激光与K24镍基高温合金的作用机理,应用普朗克方程与菲涅尔公式,推导出K24反射率与吸收率随激光脉宽的变化曲线.利用固体力学的线性假设方程,推导出K24高温合金的晶格热容和电子比热.结合简化的一维双温模型,采用有限差分法解析单脉冲飞秒激光与K24高温合金作用过程中电子和晶格的温度变化,基于K24高温合金的蒸发温度推导得出单脉冲飞秒激光作用下合金的理论蚀除深度.用较低频率的激光进行了验证试验.用正交实验分析激光平均功率、焦点进给距离、扫描次数、扫描速度等工艺参数对加工微孔形貌的影响规律.结果表明:扫描速度对加工微孔形貌的影响最大,进给距离次之,而激光能量和扫描次数对微孔形貌的影响较小.研究结果为飞秒激光对高温合金的高质量微孔加工提供了理论和实验基础.     

激光冲击LY2铝合金的薄膜性能

脉冲激光冲击LY2铝合金,在试样表面形成约1.7mm的薄膜,研究了薄膜与基体接合处横截面的微观形貌以及激光冲击搭接率和激光冲击次数对薄膜层残余应力的影响。研究结果表明:激光冲击的光斑搭接率对试样横截面的残余应力影响显著;在薄膜层最大残余应力存在于试样的表层或者近表层,深度方向的残余应力值和残余压应力值变化率均与表层深度成反比;多次冲击能够获得较大的残余应力值,但对于激光冲击LY2铝合金薄膜深度影响较小。     

Experimental study on laser shock processing of brass

Laser shock processing (LSP) is a new surface treatment technique for improving hardness, wear resistance, and fatigue. In this paper, basic theories were introduced and the influence of laser pulse intensity on the laser shock processing of brass speci- mens was investigated by experiments. Microhardness, roughness, microstructure, wear resistance, friction coefficient evolution, and residual stress were examined with different laser pulse intensities of LSP. The results show that the microhardness increases after LSP treatment, and the higher the pulse intensity, the higher the microhardness. Though the microstructure shows no remarkable change, the roughness and wear resistance increase with the increase in pulse density. Laser shock processing has great potential as a means to improve the mechanical properties of components.     

激光熔覆Co基合金应力场的数值模拟

为了分析co基合金熔覆过程的应力场,建立了激光熔覆预置co基合金粉末过程的三维模型,考虑温度变化对热物理参数的影响以及表面对流换热和辐射散热等影响因素,使用SYSWELD软件分析了激光熔覆过程中的应力场,并进行了试验验证。结果表明：通过比较分析扫描速度为5mm／s的涂层获得良好的冶金结合;工件残余应力均为拉应力,且最大值出现在z向距表面约2mm处,最大变形量出现在工件的边缘位置;随扫描速度的增加,工件的残余应力和变形均明显减小,这说明在其它工艺参数一定的前提下,适当降低扫描速度,能有效减小熔覆层的应力集中,获得质量优异的涂层。模拟结果为激光熔覆过程的工业化提供了理论依据。     

Influences of Tool Wear on Residual Stress and Fatigue Life of Workpiece in Hard Cutting Process

硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响

岳彩旭,朱磊,冯磊,刘俊,郝胜宇,任广旭

（1. 哈尔滨工程大学 机电工程学院, 哈尔滨 150001;

2. 哈尔滨理工大学 机械与动力工程学院,哈尔滨 150080）

创新点说明：

本文主要研究淬硬钢Cr12MoV车削加工刀具磨损对加工表面残余应力和疲劳寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究目的：

疲劳在金属零部件所有的失效形式中占有很大比例。特别是轴类零件,由于这类零件大多承受着不同的外载荷甚至多种载荷的交加,这种实际工况下的部件的意外事故多数是由于疲劳失效。由于疲劳失效给国家财产以及人身安全造成了巨大的隐患,因此有效的精确的预测与延长疲劳寿命成为制造工作者的一种使命。

残余应力是影响零部件疲劳性能最关键的因素之一,同时也是作为加工参数与表面性能中连接的桥梁。在传统的研究工作中达成的共识是残余压应力在延迟疲劳裂纹扩展与延长疲劳寿命中起着积极作用,但是没有整体的考虑残余应力的波动性与压应力分布模式在加工参数与疲劳性能中扮演的角色。

故本文主要研究硬态车削过程刀具磨损对残余应力和工件寿命的影响,研究结果为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

研究方法：

（1）采用不同磨损量的PCBN刀具,对淬硬模具钢Cr12MoV硬态车削过程展开实验研究。通过对残余应力离散度进行分析,拟合不同刀具磨损下的离散度指标与分布曲线,进而分析了刀具磨损对已加工表面残余应力分布的影响机制。

（2）结合疲劳力学与数理统计理论建立了应力离散度-疲劳寿命差异的数学模型,对切削后的标准试件进行了旋转弯曲实验研究,通过工件断口形貌和疲劳寿命的研究揭示了刀具磨损这一关键切削条件对工件疲劳寿命的影响。

（3）主要设备或仪器：大连机床厂生产的型号为CK6150的机床、株钻石公司牌号为MVJNR2020K16的PCBN刀具、加拿大PROTO公司的iXRD型X射线衍射应力测试系统和螺旋测微仪。

结果：

（1）残余应力离散度随着刀具磨损的增加而增大;同理,当刀具磨损在一定限度内,残余应力也随着刀具磨损的增加而增大,刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）提出并建立了应力离散度-疲劳寿命差异数学模型,分析出残余应力引起应力幅值的波动与疲劳呈线性关系,通过疲劳弯曲试验验证了该模型的科学性和准确性。

（3）通过旋转弯曲疲劳断口裂纹特征分析,得到本文试件断口裂纹源区为半圆形,扩展区域类似沙滩粒;并且随着残余压应力面积增大,裂纹扩展距离增大,疲劳寿命越长。

（4）旋转弯曲疲劳实验结果表明刀具磨损量越大,疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。

结论：

（1）当刀具磨损在一定限度内,残余应力离散度和残余应力都随着刀具磨损的增加而增大,并且两者机理相同,主要是因为刀具磨损的增加会引起已加工表面压应力面积的增大和压应力层深度的增加;

（2）旋转弯曲疲劳试件断口的裂纹源区为半圆形,裂纹源区呈现的特点是较为光亮与平滑,这是由于其最先断裂扩展速度较为迟缓。随着旋转弯曲疲劳实验的进行,试件裂纹由裂纹源不断扩展,进而形成扩展速率较慢的裂纹扩展区,这里与裂纹扩展方向垂直的弧形线为该区域的重要标志,因为可以从其形状的变化来观察线端处所受应力的大小和组织形态。

（3）在刀具磨损在合理的范围内,当刀具磨损量增加时,使表面残余压应力面积越大,进而使得疲劳寿命越长;反之,试件寿命越短。为实际工况下工件已加工表面应力状态的控制和疲劳性能的控制提供了理论支持。

关键词：硬态车削,刀具磨损,表面残余应力,残余应力离散度,疲劳寿命

     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场。基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响。结果表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发展,裂纹扩展形式与试验结果不符;焊后热处理可以显著降低焊接产生的高拉伸应力和压缩应力,但对疲劳寿命的增幅较小,仅为6.1%;考虑残余应力后疲劳裂纹扩展路径与试验更为接近,焊接结构有限元模拟应考虑焊接残余应力对疲劳裂纹扩展路径的影响。     

黄河某大桥剩余疲劳寿命与加固实施方案

以黄河某大桥的实测应力为基准，建立其横梁、下弦杆的疲劳应力谱，并运用既有钢桥疲劳寿命的数学模型确定其剩余疲劳寿命．三个加固方案分析结果表明：黄河某大桥剩余疲劳寿命的控制构件，加固前是横梁，加固后则变为下弦杆，加固实施方案Ⅱ满足桥梁行业寿命要求．经一年多实际运行情况说明其加固效果良好．     

Effect of intermediate heat treatment temperature on microstructure and notch sensitivity of laser solid formed Inconel 718 superalloy

Inconel 718 superalloys deposited by laser solid forming (LSF) were heat treated with solution treatment,intermediate heat treatment (IHT) and two-stage aging treatment in sequence (SITA heat treatment).The effect of IHT temperature on microstructure,tensile property and notch sensitivity of LSFed Inconel 718 superalloy at 500 ℃ were investigated.As-deposited columnar grains have transformed to equiaxed grains and the grains were refined due to the recrystallization during the SITA heat treatment.It is found that the size and amount of δ phase dispersed at grain boundaries decreased with the increasing of IHT temperature,and δ phase disappeared when the IHT temperature reached 1 020 ℃.The ultimate tensile strength (UTS) and yield strength (YS) of smooth samples increased to a maximum when the IHT temperature reached 980 ℃ and then decreased slightly to a minimum when the IHT temperature was 1 000 ℃,and followed by slight increasing again till the IHT temperature reached 1 020 ℃,resulted from the competition of precipitation strengthening effect of γ″ and γ’ phase and the grain boundary weakening effect caused by the gradual disappearance of δ phase with increasing the IHT temperature.The notch sensitivity factor (qe) decreased but still greater than 1 as the IHT temperature increased,which is attributed to the decrease of the size and amount of δ precipitation.