喷丸表面覆盖率对Ti60高温钛合金疲劳性能的影响

采用新型的陶瓷弹丸,对Ti60钛合金进行相同喷丸强度和不同表面覆盖率(100%,200%,400%)的喷丸强化,研究了喷丸前后的表面形貌、表面粗糙度、残余应力场、X射线衍射峰半高宽等表面完整性特征参数以及其对高温疲劳寿命的影响。结果表明,喷丸覆盖率对表面完整性具有重大影响,因此不同覆盖率喷丸Ti60钛合金试样具有显著差异的疲劳寿命。采用200%覆盖率喷丸,可以使钛合金Ti60保持较小的表面粗糙度(Ra=1.2μm),较大的尖端圆角曲率半径(相对磨削加工),较好的残余应力分布和稳定的强化层微观组织,这些较好的表面完整性状态使Ti60钛合金的高温旋转弯曲疲劳寿命提高了4倍左右;而采用其他表面覆盖率(100%,400%)喷丸时,Ti60钛合金的高温疲劳寿命提高了2倍左右。     

硬质合金刀具磨损对Ti60铣削表面完整性的影响

刀具磨损是影响材料加工表面质量的重要因素。利用后刀面磨损量V_B分别为0、80、213、286、392μm的K44硬质合金球头铣刀对Ti60钛合金进行铣削实验,测试在不同刀具磨损状态下加工表面的粗糙度、表面形貌和纹理、残余应力、显微硬度和微观组织,分析了Ti60铣削表面完整性与刀具后刀面磨损量V_B之间的关系。结果表明：随着后刀面磨损量V_B的增加,表面粗糙度由0.683μm变化为1.554μm,表面形貌和表面纹理也随着刀具磨损量变化呈现出不同的特征,表面残余应力与显微硬度增加,残余应力层深度和硬化层深度分别达到35μm和40μm,表层微观组织中丛域状α沿着铣削加工进给方向发生了一定程度的扭曲变形,塑性变形层厚度由3μm增加至8μm。     

TC4钛合金滚磨光整加工的表面完整性与抗疲劳性能

基于正交试验方法,采用卧式离心式滚磨光整加工工艺对钛合金TC4试件进行加工,研究主要工艺参数对表面粗糙度、显微硬度和残余应力的影响,确定了较优工艺参数;通过疲劳试验和SEM、XRD衍射测试等方法,分析了提高抗疲劳性能的效果和机理。结果表明:滚抛磨块直径是影响表面粗糙度值和残余应力的最主要因素;单面加工时,表面粗糙度Ra、Rz最大下降值为0.389μm和2.353μm,显微硬度可从314HV_(0.5)增加到367HV_(0.5),产生了308MPa的残余压应力;双面加工时,Ra、Rz最大下降值为0.356μm和2.151μm,显微硬度增加到346 HV_(0.5),产生了352 MPa的残余压应力。滚磨光整加工后,表面粗糙度的改善和残余应力的存在,有助于阻碍疲劳裂纹的形成和扩展,疲劳性能明显改善,单面加工可使试件的疲劳极限从389 MPa提高到450 MPa,提高了15.7%,双面加工时提高到578 MPa,提高了48.5%。     

微喷砂时间对陶瓷刀具表面完整性影响研究北大核心

针对陶瓷刀具高速切削高温合金时刀具磨损严重的问题,采用微喷砂处理技术对Sialon基陶瓷刀具表面进行处理,研究喷砂时间对Sialon基陶瓷刀具表面完整性(微观形貌、表面粗糙度、维氏硬度、断裂韧度、残余压应力)的影响规律,提升陶瓷刀具表面完整性,从而提高刀具耐磨性。研究表明:在喷砂4 min、喷砂压强0.4 MPa的条件下,陶瓷表面微观缺陷得到改善,断裂韧度提升32%,残余压应力提升12%,可以获得综合水平较高的表面完整性,为陶瓷刀具微喷砂处理参数的选择提供理论性指导,有助于提升陶瓷刀具表面完整性。     

喷丸对7075-T651铝合金表面粗糙度影响的仿真与实验研究

为探究不同喷丸工艺参数对7075-T651铝合金表面粗糙度(Ra)的影响,首先利用ANSYS/LS-DYNA建立了三维动态喷丸有限元模型,然后根据Ra离散化计算式采集模型节点位移数据,获得了不同覆盖率、喷射距离、弹丸直径和喷射压力下的表面粗糙度值,再结合表面粗糙度、硬度和应力测试结果,分析不同工艺参数对7075-T651铝合金表面粗糙度和表面硬度的影响.结果 表明:合金表面粗糙度的模拟计算值和实验值的最大偏差为11.3％,差值仅为0.59 μm,且合金硬度和表面粗糙度的变化趋势具有一致性,论证了模型计算结果的准确性与可靠性.结合应力云图和表面粗糙度结果发现,在同等表面粗糙度下,采用"大丸粒+小压力"喷丸试样表面应力分布更均匀,且其最大残余压应力值较小丸粒+大压力试样降低约12.8％.分析认为,随喷射压力和弹丸直径的增大,合金表面塑性变形剧烈,冷作硬化效果明显,其粗糙度有增大的趋势,表面硬度也相应提高,而加大喷射距离和提高覆盖率,会增加表面弹坑反复变形的次数,使表面粗糙度值逐渐减小.同时,结合喷丸实验效果,大丸粒小压力喷丸工艺可在残余压应力和表面粗糙度参数之间取得良好的效果.     

EA4T车轴不同加工工艺表面完整性分析

目的探索不同加工工艺对EA4T车轴表面完整性的影响。方法针对EA4T成品车轴精车加工的表面,以及精车之后再分别作打磨抛光、滚压处理的表面,运用里氏硬度仪、X射线衍射残余应力分析仪、扫描电子显微镜以及三维光学显微镜等设备,进行表面硬度、表面残余应力状态、表面形貌及粗糙度检测。结果精车后表面的平均硬度为221HV,表面轴向、周向平均残余应力为-371、-231 MPa,表面粗糙度(Ra)为1.432μm。而精车之后再分别作打磨抛光、滚压处理,表面硬度分别提升了2.3%、11.6%,表面轴向残余应力分别增加了9.7%、23.5%,周向残余应力增幅分别为18.6%、59.3%,同时表面粗糙度(Ra)大幅度下降到0.442、0.318μm。结论滚压、打磨抛光皆能提升车轴表面的硬度和残余应力水平,降低表面粗糙度(Ra)。相比而言,滚压的效果更理想。     

喷丸对钨面对等离子体材料表面强化研究

利用机械喷丸技术对钨核聚变面对等离子体材料进行表面强化研究,结合喷丸前后钨性能改善进行强化效果分析及喷丸参数的优化。主要包括微观形貌、晶粒细化、表面粗糙度、表面硬化和表面残余压应力等表征参数。其结果显示,对钨脆而硬的材料而言,在100%覆盖率情况下,0.3MPa喷丸压力、0.4mm陶瓷丸、100mm垂直喷丸距离是比较合适的喷丸参数,其材料表面性能提高显著。表面硬度提高高达53.3%,残余压应力提高8.3倍,表面细化晶粒现象明显,而且对表面粗糙度影响不大,最高1.5μm左右。     

喷丸强化对H13钢表面完整性的影响

为研究不同强度喷丸对H13钢表面完整性的影响,采用白光干涉仪、显微硬度计、XRD、SEM和EBSD等对喷丸前后H13钢试样的表面粗糙度、硬度、残余应力和表层微观组织等表面完整性进行了表征,并定量分析了未喷丸和经0.33A喷丸的试样表层组织的晶粒尺寸、晶界取向差及织构等的变化规律。结果表明,不同强度喷丸均改变了H13钢的表面完整性。喷丸在提高表面粗糙度和塑性硬化程度的同时引入了具有一定深度的残余压应力层。与未喷丸试样相比,经0.23 A喷丸后H13钢表面粗糙度提高了约152%。随着喷丸强度从0.23 A增大到0.33 A,硬化层深度由100μm增至160μm,残余压应力层深度由200μm增至300μm。H13钢的未喷丸组织的平均晶粒尺寸为950 nm,晶界平均取向差为33.5858°,主要存在强度较弱的{001}100和{110}111型混合织构;经0.33 A喷丸后距表面10μm处的平均晶粒细化至470 nm,晶界平均取向差增至39.0228°,组织中出现了两类{111}uvw和{hkl}110型板织构,且表层晶粒细化层深度达30μm以上。     

激光清洗轨道车辆油漆涂层基材性能研究

轨道车辆返修时需要将车体原有涂层去除,传统喷砂处理方式会造成环境污染等问题。激光清洗作为一种新兴的绿色清洗方式,对环境几乎无污染,因此使用激光清洗代替传统的喷砂处理方式去除油漆涂层。使用波长1 064 nm的光纤脉冲激光对轨道车辆车体油漆涂层进行清洗,进行基体相关性能评估。使用表面粗糙度仪和显微硬度仪对清洗前后铝基体的表面粗糙度和显微硬度进行检测,使用万能拉伸试验机和X射线残余应力分析仪对激光清洗前后铝基体的拉伸性能和表面残余应力进行检测。结果表明,激光清洗前后基体表面粗糙度分别为6.03μm和6.16μm,满足轨道车辆表面漆层再涂装要求;激光清洗后基体表面硬度由HV64.47提高到HV72.54,基体拉伸性能基本不变,表面残余应力由拉应力变为压应力。     

振动光整对提高TC17钛合金喷丸表面完整性影响的研究

为提高TC17钛合金零件服役性能,研究了振动光整对TC17钛合金喷丸表面完整性以及疲劳性能的影响。利用X射线应力仪、粗糙度仪、表面形貌仪研究了振动光整与喷丸复合处理对TC17钛合金表面残余应力、表面粗糙度及表面形貌的影响;利用旋转弯曲疲劳实验机研究了振动光整与喷丸复合处理对疲劳性能的影响。结果表明,合理的振动光整与喷丸复合处理能提高TC17钛合金的疲劳性能,同时获得良好的表面完整性;经复合处理后,试样的疲劳极限与未处理试样相比可提高12.2%,试样的表面粗糙度与喷丸试样相比由Ra1.0μm降至Ra0.2μm。     

TC17钛合金叶片制造过程的表面完整性研究

采用多种最终加工工序组合,在TC17钛合金叶片表面引入不同表面完整性状态,研究最终加工工序对叶片表面形貌、平均粗糙度、残余应力的影响。结果表明:仅振动光饰处理后,表面平均粗糙度在0.2μm以下,表面残留有磨料运动痕迹,残余应力影响层深度约为30~40μm,表面残余应力仅-200 MPa左右;不进行振动光饰处理时,陶瓷丸喷丸比玻璃丸喷丸后叶片表面粗糙度更佳,喷丸后叶片表面Kurtosis值接近3,本研究中残余应力影响层深度约为100μm,表面残余应力在-750~-850 MPa之间;喷丸后进行振动光饰可消除叶片表面的喷丸弹坑,平均粗糙度减小到0.2μm以下,残余应力影响层深度与未经振动光饰处理的相当,表面残余应力变化小。当加工痕迹被喷丸消除时,叶片表面Kurtosis值接近3,这说明弹坑底部圆滑,因此认为Kurtosis值可作为表征喷丸表面的特征粗糙度参数。     

激光除漆对Ti17合金表面组织性能的影响

目的研究激光除漆对Ti17合金表面组织性能的影响机理,探讨激光清洗在去除污染物的同时是否可以改善基材的组织性能。方法在预处理的试样表面均匀喷涂一层厚度约为50μm的丙烯酸树脂哑光黑色油漆,采用脉冲光纤激光器在不同功率(10、15、20W)下对试样进行脱漆处理。采用白光干涉表面轮廓仪观测试样表面的三维形貌,采用金相显微镜观察试样表面的微观组织,采用显微硬度测试仪测量试样的表面显微硬度,采用表面粗糙度仪测量试样的表面粗糙度。结果经过激光除漆处理后的试样表面均出现了大量凹坑和白色褶皱硬化层,表面显微硬度均得到提高,平均增幅在5%左右,表面粗糙度变化不大,在亚微米级。激光功率为15 W时,白色硬化层分布均匀,厚度约为10μm,表面显微硬度增幅最大,为6.9%,表面粗糙度下降了0.07μm,清洗效果较优。结论激光清洗处理通过选取合适的激光参数,可以在去除污染物的同时,一定程度上改善基材的表面性能。     

304不锈钢喷砂助低温渗铝工艺

采用喷砂技术对304不锈钢板表面进行处理,并对喷砂处理后的试样进行热处理和低温固体粉末包埋渗铝处理,分析讨论了喷砂助低温渗铝的最佳工艺参数。结果表明：表面经喷砂处理后,试样表层形成厚约250 μm的变形区,同时表面发生了马氏体相变,硬度明显提高。喷砂试样经400～600 ℃热处理后,变形层组织仍为马氏体相,硬度有所下降,变形层具有热稳定性。表面喷砂处理可以降低渗铝温度,提高渗铝速度。最佳渗铝工艺为经过优化喷砂工艺处理后在530 ℃渗铝3 h随炉冷却,试样表面可形成约50 μm的渗层,渗层主要由金属间化合物FeAl2构成,表面硬度可达640 HV0.2。     

内表面喷砂处理对锆合金包壳管性能的影响

喷砂处理对锆合金包壳管材性能的影响,是通过国产锆-4合金成品管内表面喷砂处理前、后的表面硬度、周向残余应力、粗糙度及管材的吸氢性能,抗碘应力腐蚀破损性能和抗腐蚀性能的检测分析取得的。实验结果证明喷砂处理对锆合金包壳管材的性能有不同程度的改善。喷砂处理对管材性能的提高有利于核电站长期运行的安全性和经济性。     

超声表面滚压改善45#钢表层特性及疲劳性能的研究

目的研究超声表面滚压处理(Ultrasonic Surface Rolling Process,USRP)对45#钢表层特性及疲劳性能的影响。方法利用超声表面滚压设备处理45#钢,观察分析处理前后试样的表层特征、状态、微观结构,采用旋转弯曲疲劳试验研究试样疲劳性能,通过升降法测取疲劳极限值。结果 USRP处理后,试样表面形貌显著改善,表面粗糙度由之前的3.2μm降低到0.23μm,显微组织细化,晶粒取向趋于随机分布,表层显微硬度相比心部提高56%左右,强化层厚度可达400μm,残余压应力由-180 MPa提高到-532 MPa,疲劳极限值由296 MPa提高到403 MPa。结论通过USRP处理,试样的表层特性及表面性能得到强化改善。疲劳性能的提高主要归因于USRP处理使材料表面粗糙度降低,晶粒细化,显微硬度与残余压应力提高。     

超声滚压强化7075铝合金工件表面性能的研究

目的探究超声滚压强化技术对7075铝合金工件表面性能的影响。方法对7075铝合金棒状试样精车加工后进行了超声滚压强化处理。综合使用粗糙度测量仪、表面显微硬度仪、金相显微镜以及X射线衍射应力分析仪,研究了处理前后工艺参数中的压下量对试样的表面粗糙度、表面显微硬度、表面微观组织及表面残余应力等表面性能的影响。结果超声滚压强化处理后,试样表面粗糙度由0.976μm降低至0.047μm,表面显微硬度由105.6HV0.2提高至119HV0.2,显微硬度提高了15%。精车加工后,精车试样的表层组织与心部组织几乎无变化。超声滚压强化后,相对心部组织而言,表层晶粒组织得到显著细化,表层均为残余压应力,压应力深度为1.75 mm。残余压应力最大值位于最表层,最大为-174.0 MPa,且距离最表层越远,残余压应力总体呈减小趋势。结论通过对比研究精车试样与超声滚压试样,发现超声滚压强化工艺可以大大地降低试样表面粗糙度,显著地细化表层试样晶粒与提高表面硬度,改善残余应力的分布,并引入一定深度的残余压应力。     

轮胎模具表面处理方式研究

根据轮胎模具加工处理流程制备出喷砂试件,并对喷砂试件进行抛光、渗氮、Cr N涂层、Teflon涂层等表面处理。再根据对轮胎模具耐磨损、防粘、易脱模、易清洗、硫化质量好、寿命长等表面性能的分析,对不同表面处理方式的试件进行粗糙度、硬度、疏水性、摩擦系数等表面完整性参数的测量,比较不同的表面处理方式对轮胎模具表面完整性影响。结果表明:抛光、Teflon涂层处理后表面疏水性、摩擦系数水平都有一定的提高,Teflon涂层疏水性最好、摩擦系数最小,但是硬度只有5.2 HV,一次喷涂只能硫化2000~3000次。而渗氮、Cr N涂层处理后表面硬度虽然都有所增加,特别是Cr N涂层,硬度提高到原来的2~3倍,但是Cr N涂层表面粗糙度较大,相对橡胶的摩擦系数达到0.5368,橡胶硫化过程中硫化阻力较大,硫化质量较差。     

二次喷丸42CrMo钢表面完整性的数值模拟研究

目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型,并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中,构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。结果二次喷丸后,42CrMo钢零件近表层(0～100μm)的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的提升作用最为明显,最大可比初始状态提高63.3%,而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果最不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加,提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度,覆盖率为300%时,粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加,但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后,表层PEEQ值会趋于饱和。结论二次喷丸预测模型揭示了二次喷丸参数与42CrMo钢零件表面完整性之间的影响规律,为二次喷丸的工业应用提供了一定的参考意义。     

高速旋转丝变形表面纳米化

采用高速旋转丝变形工艺对低碳钢表面进行塑性变形,以实现材料的表面纳米化.用光学显微镜、x射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度计和表面粗糙度测量仪等研究塑性变形处理后样品的显微组织及表面性能变化.结果表明:低碳钢经过高速旋转塑性变形处理后,在表面形成厚度为40μm的塑性变形层,最表面层的晶粒尺寸约为16nm,晶粒尺寸沿深度方向不断增大;表层显微硬度比心部基体硬度提高3倍;但表面粗糙度 Ra 增加到10μm.     

吹砂对DD6单晶高温合金表面完整性和高周疲劳强度的影响EI北大核心CSCD

将标准热处理的试样分别采用粒径为150、124和100μm白刚玉砂在0.5 MPa压力下吹砂,研究吹砂对第二代单晶高温合金DD6表面完整性的影响;对未吹砂和粒径150μm吹砂试样分别进行760和980℃旋转弯曲高周疲劳性能测试,研究吹砂对DD6合金疲劳性能的影响。结果表明:吹砂会破坏单晶高温合金的表面完整性,使表面出现砂粒切削造成的不规则凹坑,改变表面形貌;砂粒粒径增加,表面粗糙度和显微硬度均增大;吹砂使大量位错在γ相通道中滑移,靠近表面区域位错密度较大;并且,大量位错剪切γ’相,形成反相畴界和层错;吹砂造成形变强化、引入残余应力;150μm、0.5 MPa吹砂对DD6合金760℃旋转弯曲疲劳性能基本无影响,但会降低合金980℃疲劳性能,对低应力幅区疲劳寿命影响较大,使疲劳强度下降约7.3%。缺口效应、氧化损伤、形变强化和残余压应力的耦合作用导致吹砂与不吹砂试样疲劳寿命产生差异。