A-100钢开缝衬套孔挤压强化残余应力场研究

为研究A-100钢开缝衬套挤压工艺,提高孔的疲劳性能,使用X射线衍射方法和中间开孔的板状试样,研究开缝衬套挤压过盈量、挤后铰削量和保温温度对残余压应力场的影响。研究表明,由于孔受挤压发生弹塑性变形而引入切向残余压应力(σ_h),σ_h值随开缝衬套挤压过盈量(I_ce)增加而显著增大,当I_ce =0.4mm时,σ_h值可达-500MPa以上。未铰削的挤压试样,孔边缘残余压应力最大,可达到-680MPa,随着铰削量(R)的增大,σ_h降低,而当R=0.7mm时,σ_h仅剩余28%。保温10小时后,各点σ_h值均明显降低, 350℃下孔边缘σ_h仅存14%。     

开缝衬套挤压工艺影响TA15孔疲劳增益研究

采用对比疲劳试验方法,研究了相对挤压量、终铰参量、衬套开缝放置角度等工艺参数和特征对开缝衬套挤压TA15钛合金连接孔疲劳增益的影响。结果表明,开缝衬套挤压技术可有效提高TA15钛合金孔结构疲劳强度,延长其疲劳寿命;相对挤压量越大,孔挤压疲劳增益越大,但是TA15钛合金对挤压量非常敏感,微小的相对挤压量波动会导致显著的疲劳增益波动;在完全去除开缝衬套在孔壁遗留的材料凸脊前提下,0.190 mm和0.065 mm两种单边终铰参量对TA15孔结构挤压疲劳增益有明显影响,0.190 mm单边铰削量时挤压疲劳增益更大,而非终铰参量越小越好;在s_max=400 MPa,R=0.1疲劳载荷条件下,衬套开缝与试样最窄截面平行放置,仍能够获得明显的疲劳增益,但相对于与试样与最窄截面呈90°放置,疲劳增益会略有下降,建议在实际孔挤压操作中,衬套开缝尽量避开最窄截面放置。     

开缝衬套冷挤压强化技术研究进展

开缝衬套冷挤压是一种连接孔强化技术,能够有效地提高连接孔的疲劳寿命,具有不增加质量、不改变结构、强化效果好等优点。介绍了开缝衬套冷挤压技术的基本原理,阐述了我国尚待解决的开缝衬套材料研制、开缝衬套制备技术、疲劳增益调控3项关键技术问题,并从残余应力和疲劳寿命等方面,对近些年来国内外的相关研究进行了梳理、总结,归纳了现有文献中挤压量等重要工艺参数对不同材料的影响效果,并基于目前研究的不足之处,提出接下来可关注的研究方向,为进一步开展开缝衬套冷挤压技术的研究提供了参考。     

光整滚光和开缝衬套挤压孔结构 表面完整性及疲劳行为研究

目的 澄清光整滚光和开缝衬套挤压孔结构疲劳行为和强化机制的区别。方法 采用传统钻-铰、光整滚光、开缝衬套挤压等三种不同工艺,制备TA15钛合金含ø8.75中心圆孔疲劳试样,通过恒幅拉-拉对比疲劳试验和疲劳数据统计分析方法,评价不同工艺制备孔结构的抗疲劳性能。采用体式显微镜观察孔端和孔壁形貌,用触针式表面粗糙度轮廓仪测试孔壁表面粗糙度,用X射线衍射应力测定法测定孔端表面残余应力,用透射电子显微镜观察孔壁材料微观结构,用显微硬度计测定孔壁显微硬度点阵等技术和方法,分析了不同工艺制备孔结构表面完整性。通过扫描电子显微镜标定疲劳断口辉纹平均间距与裂纹长度,用数码长焦显微镜标定孔端表面裂纹长度与疲劳循环周次的关系,并定量分析了不同工艺制备的孔结构疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率。结果 光整滚光和挤压强化分别提高连接孔中值疲劳寿命63%和317%。光整滚光可降低孔壁表面粗糙度Ra至0.52 μm,但改变孔壁附近残余应力状态能力有限,且会在孔端形成尖锐的材料凸瘤;挤压强化后,孔壁表面粗糙度Ra为0.73 μm,在孔壁引入4 mm深、峰值达-500 MPa的残余压应力区,并大幅提高孔壁材料位错密度,且孔端无材料凸瘤产生。结论 光整滚光提高孔结构疲劳寿命的主要机制是,通过降低孔壁表面粗糙度延长裂纹萌生寿命。挤压强化主要机制是,通过引入大深度、高幅值的残余压应力和改善材料微观结构延长裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。因此,挤压强化优于光整滚光技术。考虑到实际机械结构中多为叠层特征孔结构,挤压强化因为不会在孔端遗留材料凸瘤,更有利于保证夹层间隙安装要求。     

300M超高强度钢孔挤压强化残余应力场的三维模拟分析

利用ANSYS有限元软件模拟计算了300M超高强度钢构件的孔挤压强化残余应力,建立了材料不同厚度构件的孔挤压残余应力场三维有限元模型,分析研究了构件厚度对残余应力场的影响,确定了最大残余压应力出现的位置,比较了孔挤压入口、中部和出口处残余应力场的变化情况。结果表明,残余压应力沿孔壁厚度方向的分布是不均匀的,入口处残余压应力最小,出口处次之,而中部的残余压应力最大。     

高强度钢喷丸强化残余压应力场特征

对高强度钢不同喷丸强化规范下引入的残余压应力场进行了深入研究，归纳了喷丸强化残余压应力场的特征，总结了工程上实用的喷丸残余压应力场规律并澄清了一些错误认识。     

孔挤压强化技术研究进展

概述了直接、间接和复合孔挤压强化的研究现状,从残余应力与微观组织的角度总结了孔挤压强化的抗疲劳强化机理,基于孔结构的疲劳寿命和断口形貌详细分析了孔挤压强化的疲劳性能。研究结果表明,孔挤压强化的孔结构孔壁形成残余压应力,孔结构受到外加交变载荷时孔壁残余压应力能够抵消部分外加交变载荷产生的拉应力,降低了受载孔结构孔壁的应力峰值和平均应力;孔挤压强化的孔结构孔壁发生剧烈的塑性变形,孔壁微观组织发生细化,形成位错胞状结构,能够抑制晶粒的位错滑移,延缓了疲劳裂纹萌生,增大了疲劳裂纹萌生的门槛值,降低了疲劳裂纹扩展速率;在残余应力和微观组织的共同作用下,提高了孔挤压强化孔结构的疲劳寿命。最后,展望了孔挤压强化的发展趋势和研究问题。     

TC21钛合金孔挤压强化模拟

采用弹塑性有限元法对TC21钛合金耳片衬套挤压和芯棒挤压过程进行仿真模拟,对比分析经两种工艺挤压后孔周边的残余应力分布规律;结合未经孔挤压强化和经两种不同孔挤压工艺强化的耳片疲劳实验结果,对两种不同孔挤压工艺的强化效果进行了分析。结果表明,挤压后孔边残余应力沿径向、周向和厚度方向的分布都呈现一定的变化规律,且芯棒挤压后的残余应力分布比衬套挤压更均匀,两种挤压方式都能起到强化效果,但芯棒挤压的强化效果更好。     

孔挤压强化对7050铝合金孔结构疲劳性能的影响

为了探究不同相对挤压量的开缝芯棒孔挤压强化对7050铝合金疲劳性能的影响,建立了开缝芯棒孔挤压强化有限元模型,开展了开缝芯棒孔挤压强化试验,分析了孔挤压强化试样孔壁残余应力和受载试样孔壁应力分布规律,探究了相对挤压量、残余应力和疲劳寿命之间的关系,揭示了开缝芯棒孔挤压强化工艺的抗疲劳增益效果。研究结果表明：试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大残余压应力为246.8、338.6和367.7 MPa,相对挤压量与孔壁最大残余压应力呈正相关;受载试样孔壁挤入端,相对挤压量为2%、3%和4%,孔壁最大应力为451.2、368.7和321.6 MPa,相对挤压量与孔壁最大应力呈负相关;相对挤压量为2%、3%和4%的试样中值疲劳寿命是相对挤压量为0的1.17、1.52和1.71倍。     

小直径开缝衬套翻边的有限元模拟

基于轴承工具的翻边技术原理,利用有限元分析软件ABAQUS对小直径开缝衬套翻边过程进行有限元模拟,获得了翻边处的等效应力分布云图、翻边横截面节点路径沿Z方向的塑性应变分布曲线,以及翻边时轴承工具所受接触力分布曲线;通过MATLAB编程进行翻边图像识别,获取了翻边半径值。根据仿真结果选择合适的翻边半径及翻边工具进行实验,验证了轴承工具翻边技术的可行性。     

冷轧辊回火工艺及残余应力的研究

研究了冷轧辊在低温回火中内部残余应力的变化规律,提出了更为合理的回火工艺制度.利用X射线分析和大截面试样的剥层法测定了冷轧辊在淬、回火后残余应力沿截面的分布.结果表明,采用机械剥层和电解剥层相结合的方法可以获得理想的表面状态,减小了测量误差.改进的冷轧辊低温回火时间将缩短80%90%.     

矩形截面冷拔棒材表面残余应力的消除

本文用物理测定法测定了矩形截面冷拔型钢表面的残余应力，并与圆形截面冷拔型钢表面残余应力进行了比较。提出了用高温热处理方法改善矩形截面冷拔钢表面残余应力的工艺。     

采用冷胀形工艺降低2219铝合金环的淬火残余应力

通过固溶时效工艺可以显著提升2219铝合金的力学性能,但在淬火过程中会产生较大的残余应力,对其尺寸稳定性、疲劳强度、应力腐蚀等性能产生不利影响。为降低2219铝合金环件的淬火残余应力,在淬火和人工时效之间引入冷胀形工艺。首先,采用有限元法模拟分析了2219铝合金环淬火、冷胀形后残余应力的数值及分布规律。其次,采用钻孔法测量了环在淬火、人工时效和固溶-冷胀形-人工时效后的残余应力。研究了冷胀形工艺参数对残余应力数值和均匀性的影响。结果表明,引入冷胀形工艺可以使2219铝合金环件淬火残余应力降低85%以上。     

钢种、轨型及生产工艺对钢轨矫后残余应力的影响

研究了不同钢种（U74、U71Mn、BnbRE）、不同轨型（50kg/m、60kg/m、75kg/m）及在不同生产工艺下，钢轨矫后残余应力值的变化。结果表明，不同钢种生产的同轨型钢轨，矫后钢轨轨底中心部位残余应力值随着钢轨强度级别的增加而增加，同钢种、不同轨型的钢轨矫后轨底中心残余应值随着钢轨单位长度质量的增加而增加，同钢种、同轨型的钢轨随着矫直力的增加，钢轨矫后轨底中心残余应力值也增加。而钢轨终轧温度的高低，矫前原始弯曲度的大小（Y轴方向）在现有生产工艺条件下，对钢轨矫后轨底中心残余应力值无明显影响。     

TC21钛合金板孔冷挤压残余应力与疲劳性能研究

针对飞机后机身框TC21损伤容限钛合金带孔零件在服役过程中易过早产生疲劳裂纹的问题,采用开缝衬套冷挤压强化工艺进行了不同挤压量下的孔强化实验,并对挤压强化后的试样进行疲劳试验研究,得到了挤压量对TC21钛合金疲劳增益的影响规律。通过有限元仿真的方法研究了挤后孔边残余应力分布规律,从宏观和微观两方面观察和分析了不同挤压量下的疲劳断口形貌,探讨了冷挤压对孔边疲劳裂纹的萌生和扩展的影响,揭示了疲劳增益机理。研究结果表明,冷挤压强化后的孔边存在明显的切向压缩残余应力,改变了孔边裂纹萌生位置,延长了交变载荷作用下的疲劳裂纹扩展寿命,疲劳寿命随着挤压量的增大而明显提高,挤后试样疲劳寿命均提高50%以上。     

Thermoelastoplastic and Residual Stress Analysis during Induction Hardening of Steel

A theoretical model was developed to predict the thermoelastoplastic and residual stresses developed in a round steel bar during induction hardening. For numerical analysis, a quasi- static, uncoupled thermoelastoplastic solution based on the hyperbolic sine law of Tien and Richmond was formulated. The properties of the material were assumed to be temperature dependent. The phase transformation was considered in the numerical calculation, and the results were compared with the case where phase transformation is avoided. The cylinder was heated rapidly; once the temperature of the outer surface exceeded the transformation temperature, the cylinder was rapidly cooled. Accordingly, in the numerical calculation, only the area at the vicinity of the outer surface was assumed to transform to martensite. The results showed that the compressive residual stresses at the vicinity of the outer surface were considerably higher than the tensile stresses at the center.     

硬质合金后处理过程中残余应力的研究

综述了硬质合金残余应力的形成机理、分析方法以及后续处理过程中残余应力的研究现状。硬质合金中残余应力的形成是由于受到不均匀的应力场、应变场、温度场的影响;其分析方法主要有X射线衍射法、中子射线衍射法、数值分析法。喷砂(丸)处理使合金表面产生残余压应力,其大小与介质大小、喷射压力、喷射时间等因素有关;电火花加工后的硬质合金表面的WC相中存在残余拉应力,而磨削和抛光后的表面中存在残余压应力;表面处理会导致残余应力的符号、大小和在分布产生复杂的变化。深入研究残余应力的数值模拟方法、探索切削过程中的残余应力演变和开发缓解消除残余拉应力的后处理工艺是今后的研究方向。     

冷拉拔珠光体钢丝的组织结构和残余应力(英文)

采用扫描电子显微镜和X射线衍射技术,分别研究了珠光体钢在冷拉拔过程中的组织结构和残余应力演化。随着拉拔应变量的增大,珠光体团逐渐转向拉拔方向。影响珠光体钢丝屈服应力和抗拉强度的关键因素是珠光体片层间距,它们之间满足Hall-Petch公式,通过拉伸试验求得其中k值为567.4kN·m-3/2。钢丝残余应力的X射线衍射测量结果表明,随着应变量增加,钢丝的应力增大,这与拉拔过程中的加工硬化有关。     

自蔓燃陶瓷衬管的绝热温度和应力研究

绘制了初温—稀释剂量—绝热温度的关系图,测量了过渡层和陶瓷层剥除后在钢管外表面产生的应变变化,推断出各层的应力状态,并估计了过渡层和陶瓷层间的残余应力。