X80管线钢中微观组织非均匀性对残余应力影响的实验研究

目的 从微纳尺度研究X80管线钢微观组织的不均匀性对残余应力分布及释放过程的影响。方法 为了突出微观组织的非均匀特征,将X80管线钢升温到固溶温度(1 200 ℃)后随炉冷却,得到由大量多边形铁素体(PF)和退化珠光体(DP)构成的显微组织。以腐蚀后的自然形貌为散斑模型,采用聚焦离子束技术在不同微观组织内部进行环芯槽的铣削加工,并获取芯柱表面的变形图像,最后通过数字图像相关方法计算芯柱表面的应变演化。同时,利用纳米压痕技术测试不同区域的弹性模量,结合弹性理论计算分析不同组织内部的微观残余应力。结果 微观结构的不均匀性直接影响了残余应力的分布及释放路径。DP组织中的von Mises平均应变约是PF区域的2倍,残余应力主要存在于作为软质相的铁素体基底中。纳米压痕实验结果表明,DP中弹性模量的浮动比PF的更加剧烈。不同铣削深度下的残余应力呈现出非线性特征。当铣削深度达到1.1 μm时,PF和DP区域松弛释放的残余应力分别为232.6 MPa和385.2 MPa。结论 在微观尺度上,不同组织内的残余应力状态存在差异。微观组织在碳化物、结构形貌等方面的非均匀性将引起表面残余应力的梯度分布。     

微观状态SiCp/Al复合材料铣削残余应力模拟分析

为了获得更高精度的高体积分数SiCp/Al复合材料铣削加工表面残余应力数据,采用有限元分析软件ABAQUS建立了基于正交切削的微观平面应变模型。复合材料两相材料属性被分别定义,改善了在宏观状态下整体定义材料属性的精度缺陷,并对其微观状态切削残余应力产生过程进行模拟分析。分析并得出了不同切削参数对工件加工表面残余应力的影响规律以及沿工件层深方向的残余应力分布情况。结果表明切削速度和每齿进给量对SiCp/Al复合材料已加工表面残余应力有着相似的影响规律,但每齿进给量的影响作用较为显著。     

铣削和喷丸工艺对TC4钛合金残余应力和半高宽的影响

采用X射线衍射法研究了TC4钛合金铣削及铣削加喷丸状态的残余应力场和半高宽分布。结果显示:铣削加工的TC4钛合金残余应力场和半高宽分布受到刀具的切削作用和接触塑性形变作用的共同影响;切削线速率越大,切削作用越强,则压缩残余应力和深度越小,线速率对表面半高宽影响不大;切削深度越大,塑性形变作用越强,使得残余应力分布越复杂,表面半高宽越大;喷丸强化引入了倒钩型残余应力场,最大残余压应力接近屈服强度,喷丸强化引起的塑性形变层深度大于铣削加工的,使喷丸强化前不同铣削加工的残余应力状态近一致化。     

喷丸强化对SiC颗粒增强铝基复合材料疲劳性能的影响EI北大核心

采用快速凝固/粉末冶金工艺制备SiC颗粒增强铝基复合材料,详细研究了喷丸强化对材料表面微观组织、残余应力和疲劳性能的影响,并观察了疲劳断口的微观形貌。结果表明:经喷丸强化后,SiC颗粒增强铝基复合材料疲劳性能明显提高;材料表面形成强化层,厚度约为95μm,压应力呈U型分布;位错在第二相质点周围形成位错缠结。     

脉冲磁场处理颗粒增强铝基复合材料的组织演变

研究了脉冲磁场冲击处理时固态金属基复合材料的组织演变规律,观察微观组织演变并进行了机制分析。通过熔体直接反应法制备了原位纳米Al2O3颗粒增强7055铝基原位复合材料,颗粒平均粒径42.3 nm,颗粒与基体无明显取向关系,存在较高错配度和内应力,处于结构失稳状态。在磁感应强度1 T、2 T和3 T条件下对片状复合材料进行脉冲冲击处理,处理后的试样中位错表现出"高密度、多形貌"特征。计算表明,脉冲磁场的磁压强小于材料的室温屈服强度,塑性变形的主要诱因是磁致塑性效应。此时位错具有顺磁性障碍的特征,磁场降低位错形核能、促进位错运动、提高位错密度并促进内应力释放,位错密度随磁感应强度增加而增加。磁感应强度为3 T时,在得到最大位错密度的同时完全释放内应力。位错形貌呈现出多样化特征,有线型、缠绕型、环型和螺线型等,其中环型位错是位错运动和内应力释放的主要模式,并有助于提高材料强度。在铸态试样中原子排布规则,脉冲磁场冲击处理后出现了错排原子面、原子排列转向、层错和变形孪晶组织,证实了塑性变形的存在。高密度位错运动分离形成了层错,层错动态叠加形成了变形孪晶。     

金刚石刀具单点切削单晶硅加工表面特性

本文利用超精密机床对单晶硅进行了斜切及车削实验,采用拉曼光谱仪测量单晶硅材料切削表面的损伤,利用高斯和洛伦兹分布拟合拉曼光谱得到单晶硅表面相变层厚度及残余应力信息．结果表明,单晶硅切削表面与磨削、纳米划擦表面不同,除了非晶相外,测不到其他高压相．随着切削厚度的增大,单晶硅表面非晶层的厚度和表层的残余应力也会相应增加．较大的切削厚度使得残余应力变得不均匀,最终导致单晶峰退简并分裂成2个或3个峰．一般单晶硅的塑性车削生成表面由于切削厚度相对较小,其表面非晶层相对较薄,表面存在轻微残余压应力．当车削生成表面的切削厚度较大时,表面有脆性凹坑,非晶层相对较厚,残余压应力较大．车削过程是对已加工表面的切削,由于已加工表面非晶硅的存在,采用较高的切削速度可以增加切削区域温度,提高单晶硅表面非晶层的塑性,可加工出更好的光学表面．     

预弯曲变形对CP800复相钢力学性能的影响

对CP800复相钢进行冲压成型,制备预弯曲试样,并利用EBSD、X射线残余应力分析仪、拉伸试验机、DIC技术等研究预弯曲变形对钢的微观组织、残余应力和力学性能的影响.结果表明:预弯曲后残余应力分布情况呈现为拉-压-拉-压交替分布,即内表面(压缩层)呈现拉应力而外表面(拉伸层)呈现压应力,这种特殊分布情况会导致预弯曲后材料的屈服应力降低16％.同时,由于冷变形导致的材料硬化和位错强化效果,预弯曲后材料伸长率降低25％而抗拉强度增大24％.此外,预弯曲后内表面由于存在拉伸残余应力而导致更大的塑性应变和损伤,并早于外表面发生断裂.     

表面粗糙度对钛合金超声波喷丸强化影响的有限元分析

探究超声波喷丸强化工艺对不同初始粗糙度的材料表面塑性应变、喷丸覆盖率以及残余应力及表面位移场影响的变化规律。以TC4(Ti6Al4V)钛合金材料为研究对象,基于有限元仿真软件ABAQUS构建超声波喷丸工艺的三维有限元模型,研究粗糙度对材料表面超声波喷丸强化效果的影响。结果表明:降低表面初始粗糙度,可以提高达到工艺要求覆盖率的速度和表面发生塑性变形的程度,增加亚表面残余压应力层的深度及对应层深的残余压应力值。     

梯度结构铜铝合金的室温加工硬化行为EI北大核心CSCD

在液氮温度下将4 mm厚的Cu-4.5%(质量分数)Al合金板材双表面机械研磨2 min,形成~250μm厚的梯度结构层,在梯度结构层内产生了位错、层错、纳米孪晶等缺陷密度由表及芯呈梯度减少的微观结构,用数字图像相关法研究了拉伸过程中剪切带的演变过程。结果表明,双面约束的梯度结构材料能避免应变局部化,均匀分布的应力应变使材料避免了在较早阶段塑性失稳进入颈缩阶段,较好的保持了加工硬化能力。     

强流脉冲电子束作用下单晶硅表层缺陷与结构变化

为了研究超快变形诱发的非金属材料的微观结构状态,利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对单晶硅进行了辐照处理,并用透射电镜对电子束诱发的表层微观结构进行了分析.实验结果表明,HCPEB辐照后单晶Si表层形成了丰富的缺陷结构,互相平行的螺位错和外禀层错是辐照后最为典型的缺陷结构;同时HCPEB辐照还诱发了密度很高的包括位错圈和SFT在内空位簇缺陷,幅值极大和应变速率极高的表面应力导致的{111}面整体位移可能是大量空位簇缺陷形成的根本原因.此外,HCPEB处理可在单晶Si表面形成纳米和非晶混合结构.     

强化处理对GCr15钢球残余应力和微观组织的影响

实验研究了强化处理后钢球残余应力和微观组织的改变.本文研究了经强化处理后,钢球沿径向表面残余应力大小、残余奥氏体含量及硬度分布;用光学显微镜、扫描电子显微镜对经表面形变强化后的轴承钢球进行显微组织及裂纹观察.研究表明:轴承钢球次表层残余应力为压应力,随电解抛光深度的增加,逐渐会出现一个最大压应力的峰值,而后压应力值逐渐减小.强化处理过程中会发生应力诱发残余奥氏体转变为马氏体,但对压应力分布影响不大.将静态Herzt接触理论应用于钢球的动态碰撞强化中,分析探讨钢球裂纹的形成,与实验结果相一致,具有重要指导意义.     

硬态切削轴承套圈近表层残余应力分布及性能

通过对硬态切削轴承套圈和磨削轴承套圈进行对比,分析了硬态切削轴承套圈近表层残余应力的分布、沟道表面形貌、硬度和粗糙度。结果表明:与磨削轴承套圈相比,硬态切削轴承套圈能够获得更大的近表层残余压应力和更深的压应力层,以及较好的表面形貌和较高的表面硬度。     

基于深度-敏感压痕技术的喷丸铝锂合金板残余应力分布特征

应用近年来发展起来的深度-敏感压痕技术研究了不同喷丸强度下某铝锂合金薄板的硬化层分布,并尝试采用Y.H.Lee模型计算确定了残余应力场沿板厚方向的分布特征。结果表明:提高喷丸强度可以减小塑性硬化层的梯度,从而获得更为均匀的表面强化层;而较高喷丸强度将引入更深的残余应力影响层和更大的残余压应力。     

Ti-6Al-4V表面超声滚压制备Al_2O_3膜层的微观组织及性能研究

运用超声滚压处理(USRP)的方法,在Ti-6Al-4V合金表面制得一层Al2O3薄膜。利用SEM、XRD、光学干涉仪及显微硬度计分析了超声滚压处理后试样表面层的微观组织和性能。结果表明:加入Al2O3粉末进行USRP后可以在基体金属表面形成厚度约为7μm的Al2O3膜层,且结合处基体金属存在残余压应力和塑性变形。相对于母材,处理后试样表面粗糙度降低50%,表面硬度提高98%。同时,处理后试样表面层存在残余压应力场,最大压应力值为-687MPa,位于最表层,残余压应力深度为420μm。加入Al2O3粉末的USRP后的试样,既利用表面Al2O3的加入进一步提高其表面硬度,同时保留了USRP的优势。     

TC4钛合金选区激光熔化与层间激光冲击强化复合工艺

目的 改善激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺成形的TC4合金的内部缺陷,提高疲劳寿命。方法 选用TC4钛合金为研究对象,提出了SLM结合层间激光冲击(3D-Laser Shock Peening,3D-LSP)与热处理的强化工艺,对复合制造工艺下的微观组织、内部缺陷和力学性能演变进行了研究,并建立了复合强化工艺制造样品的疲劳寿命模型。结果 在激光冲击影响区域内形成了0.2 mm深度的高幅值残余压应力,并在1 mm深度范围内改善了应力场,且显微硬度得到了提升,内部缺陷数量减少了36%,疲劳寿命提升了40%以上。结论 实现了SLM增材制造TC4钛合金的缺陷在线闭合、微观组织改性和疲劳寿命的提升,揭示了层间激光冲击对内部缺陷的闭合机理,为金属SLM复合增材制造的研究与应用奠定了理论基础。     

Cr-Si合金钢原始微观结构对表面纳米化过程的影响

利用表面机械加工法在经过调质处理的CrSi合金钢表面制备了纳米结构层,利用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等分析技术对距表面不同深度的微观结构进行分析,研究原始微观结构对晶粒细化过程的影响.结果显示,在细化初期原始的小角度亚晶界被演化为高密度位错墙,长条形亚晶被演化为含有高密度位错的条形位错胞;一些原始的小角度...     

振动时效在铝合金厚板应力消减中的局限与应用

运用振动时效对材料应力消减的作用,结合铝合金厚板残余应力消减后的分布及效果,认为振动时效对厚板结构残余应力消减作用有限。而运用位错理论和最小能量法分析,发现振动时效对材料因内部微结构差异而形成应力集中区域的应力松弛释放有所贡献,在一定激振频率和时效时间条件下,完全可以造成材料局部的微屈服,减小了微结构间残余应力水平,从而对板内应力的均匀化过程起到一定效果。借助实验对厚板振动时效前后表面应力强度和板形尺寸稳定性对比发现,振动时效对稳定板形和消减大梯度表面残余应力具有显著作用。     

7850-T7451铝合金板材孔挤压工艺性能研究

铝合金产品在目前的市场上已经屡见不鲜,也是金属制造行业中一项极为重要的分支。本文采用挤压棒直接冷挤压的方法对7850-37451铝合金厚板进行了孔挤压强化,对比分析了其孔挤压前后疲劳寿命状态原因;并与第三代高纯7850-T7451铝合金厚板孔挤压强化效果进行对比。通过扫描电镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）以及X射线应力（XRD）等方法,研究了两种合金的疲劳断口形貌特征、微观组织变化以及孔表层的残余应力场。结果表明,采用4％～6％的挤压量对7850-T7451厚板进行挤压强化可取得较好的疲劳强化效果,试件的疲劳寿命是未挤压强化前的29倍;而7850-T7451铝合金厚板疲劳寿命仅是未挤压强化的5．5倍。孔挤压后,7850-T7451厚板在强化层产生位错缠结及残余压应力,压应力层深度约为7．3mm,最大残余压应力出现在距孔边约1m处,应力值为387MPa。强化层内形成的位错胞状结构和残余压应力可有效延缓疲劳裂纹的扩展速率,从而提高试件的疲劳寿命。     

基于分子动力学的单晶硅纳米振动切削过程

为了研究脆性材料单晶硅原子级的纳米振动切削加工去除机制，应用分子动力学，通过改变刀具椭圆振动切削的模式，进行单晶硅纳米振动切削仿真．仿真结果表明，主切削力和法向力的变化趋势总体上呈现正弦曲线变化，并且已加工表面不同深度的亚表层存在残余应力；同时在不同切削模式下，由于刀具法向的振幅增加，使得法向力和残余应力增大；当刀具通过已加工表面时，残余应力随着亚表层深度降低而减弱；刀具法向振幅高于主切削力方向振幅时，法向力峰值高于主切削力峰值，已加工表面亚表层没有明显驰豫现象．     

J75不锈钢淬火应力的X射线衍射分析

利用铬靶X射线在侧倾结合固定ψ法基础上对J75不锈钢的（311）面进行了淬火应力测量,得到了不同淬火温度下J75合金试样中心点的残余应力值和近表面微应变效应。结果表明：试样表面残余压应力值在-400～-650MPa,最大值出现在淬火温度为700℃左右;淬火使衍射峰半高宽由1．25°增加至1．4°以上,显著增加了J75合金的位错等缺陷。受淬火瞬时热应力分布影响,越靠近试样表面衍射峰的宽化越严重。