超声波喷丸表面强化技术研究与应用进展

超声波喷丸强化技术近年来已经在多种类零件的制造工艺中引起高度关注.超声波喷丸强化技术能够对被处理材料实现表面改性,强化其物理、化学特性,其设备结构紧凑,可并入生产线上,方便操作、重复性好、无污染、噪音小,便携式的超声波喷丸设备在表面强化技术领域有巨大优势.综述了超声喷丸表面强化技术目前国内外研究和应用现状,论述了超声波喷丸表面强化技术的强化机理和技术特点,重点介绍了强化件残余应力场研究以及表面纳米化研究,总结了超声波喷丸表面强化的关键技术和难点,超声波喷丸表面强化技术有着广阔的应用前景.     

喷丸强化对TC17钛合金表面残余应力的影响

利用ANSYS Work Bench动态分析模块模拟喷丸强化过程,建立简化喷丸强化数值模型,通过模拟喷丸工艺参数改变对强化效果的影响,考察喷丸在不同表面形态时对表面残余应力的影响,便于进一步估测这一典型表面加工工艺对疲劳性能的影响。     

超声磨料对TC4钛合金电火花加工表面质量的影响

为改善TC4钛合金电火花加工表面质量,减少表面微裂纹、重熔层等表面缺陷,提出了基于电极振动的超声磨料电火花复合加工方法。在煤油工作液中混入12g/L的SiC磨料粉,进行了有无超声磨料作用的窄脉冲(脉宽小于1μs)电火花加工的表面粗糙度对比实验研究。实验结果表明:SiC磨料的超声振动作用使零件表面粗糙度Ra由0.5μm降到0.2μm左右;重熔层厚度、表面裂纹的扫描电子显微镜(SEM)照片显示,超声磨料作用使重熔层厚度减薄20～30μm,表面微裂纹得到有效控制;机理分析认为工作液高频振动及磨料对工件的冲击作用,是改善TC4钛合金电火花加工表面质量的主要原因。研究表明磨料的超声振动作用可显著改善TC4钛合金电火花加工的表面质量。     

喷丸强化对表面完整性影响的研究现状与发展

综述了喷丸强化技术对材料表层残余应力分布、显微组织结构、表面粗糙度和表层硬度分布等表面完整性因素影响的研究进展,阐述了不同喷丸强化技术与材料表面完整性因素间的关系以及基于表面完整性调控的喷丸强化技术的发展趋势.     

喷丸强化Ti6Al4V钛合金的数值模拟

为了更加真实地模拟Ti6Al4V钛合金的喷丸强化过程,建立了一个基于概率控制多弹丸冲击靶面位置的三维喷丸有限元模型,以考虑喷丸强化过程中弹丸之间的相互作用。模拟了喷丸角度为60°和90°的两种工况,结果表明:对于相同的弹丸尺寸和初始速度,达到完全喷丸覆盖率和饱和喷丸强度,60°喷丸角度工况在单位受喷面积上需要的弹丸个数为15/D2(D是弹丸直径),90°喷丸角度工况需要的弹丸个数为35/D2;在达到完全喷丸覆盖率的过程中,随着弹丸个数的增加,喷丸强化的残余压应力逐渐增大并趋于稳定,而受喷表面粗糙度基本呈线性增大;在完全喷丸覆盖率下,相对于60°喷丸角度工况,90°喷丸角度工况的表面残余压应力较小,但最大残余压应力较大,表面粗糙度也较大。      

紧固孔的加工工艺对其表面残余应力的影响

检测了 5种制孔工艺在飞机装配紧固孔内所产生的表面周向残余应力 ;分析了影响残余应力的因素 ;探讨了残余应力对紧固孔疲劳寿命的影响     

喷丸处理构件疲劳寿命预测机理模型研究

提出了一种新的机理模型,该模型以喷丸处理构件裂纹扩展分析为基础,说明喷丸处理对机械构件疲劳寿命预测的影响。在裂纹扩展过程中,引入了表征表面粗糙度影响的渐进应力强度因子,并用时变残余应力函数改变裂尖应力比。用试验数据验证机理模型的有效性,结果表明,试验数据和模型预测非常吻合。     

不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响

为提升TC17钛合金抗疲劳性能,对其表面进行喷丸处理。通过旋转弯曲疲劳试验、断口分析、残余应力场分析、表层组织分析及喷丸前、后钛合金表面完整性分析等手段,开展不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响研究。结果表明：喷丸强化后钛合金表面粗糙度增大,由0.315μm变为0.5～1.0μm;表层发生塑性变形,晶粒发生细化;表面引入残余压应力,残余压应力层深约为125～151μm,最大残余压应力位于层深30μm附近处。0.3 mm·N喷丸状态旋转弯曲试样疲劳寿命优于其他状态试样,在740 MPa和840 MPa应力水平下,分别比未喷丸状态试样疲劳寿命提升4.5倍与7.5倍。疲劳寿命提升归因于试样表层晶粒细化、高密度位错组织及残余压应力对疲劳裂纹萌生与扩展的抑制作用。0.35 mm·N与0.4 mm·N喷丸状态试样疲劳寿命下降与喷丸强度过大时试样表面粗糙度高,并有脱层及微裂纹生成有关。     

超高强度钢的喷丸强化

总结了航空常用超高强度钢0Cr13Ni8Mo2Al,30CrMnSiNi2,16Co14Ni10Cr2MoA和40CrNi2Si2MoVA喷丸强化所产生的残余压应力场特征,研究了喷丸所造成的表面粗糙度和表面残余应力等表面完整性变化,初步定性探讨了超高强度钢喷丸强化后表面完整性的改善及其对疲劳性能的影响.结果表明,喷丸可显著提高疲劳寿命和有效提高疲劳极限,而且对某一给定材料而言存在一个最佳的喷丸规范.     

超声波喷丸技术的研究进展

对近年来获得高度关注的超声波喷丸技术进行了介绍,超声波喷丸技术能实现材料表面纳米化、强化金属材料性能,并能实现板料的成形或校形,该技术因方便操作、重复性好、无污染、噪音小,在许多领域得到广泛应用.综述了超声波喷丸技术目前国内外研究和应用现状,对表面强化机理、表面纳米化及喷丸成形的研究做了重点介绍,在归纳总结的基础上,对超声波喷丸技术的发展及研究方向进行了展望.     

激光喷丸表面强化技术的研究综述

激光喷丸是利用脉冲激光和材料相互作用诱导的冲击波压力实施表面改性的新型技术,适用于不同材料构件的表面处理。通过合理设置工艺参数,可以有效改变材料表面完整性,显著改善材料的耐磨损、耐腐蚀和抗疲劳性能,提高工程构件服役寿命。介绍了激光喷丸的技术原理、工艺特点和发展历程,综述了相关领域的国内外研究进展,总结了目前激光喷丸技术的主要应用方向,并就后续研究与应用进行了展望。     

超声喷丸强化7075-T651铝合金表面性能研究

采用普通喷丸与超声喷丸两种加工方法对7075-T651铝合金进行处理.分别观察其表面形貌并对其力学性能进行测试.结果表明:超声喷丸处理后材料表面粗糙度值仅为普通喷丸试件的35.5%:两种处理方法对材料均有不同程度的表层硬化作用,超声喷丸处理后试件表面硬化程度略高,其引入的最大压缩残余应力较普通喷丸增大了31.9%.     

超声喷丸激励振动幅值对TC4钛合金表面状态影响的仿真研究

为了探究超声喷丸激励振动对TC4钛合金表面状态的影响,建立了3组超声喷丸有限元模型分别研究了激励振动对超声喷丸表面形貌、应力覆盖率及几何覆盖率的影响。结果表明,在短时间超声喷丸过程中,高应力区域决定了几何覆盖率的变化,小峰区间峰值将持续增加并向中锋及高峰区间转化,其中高峰区间增长的更显著。仅增加激励振动幅值,不增加超声喷丸时间,高应力区域会继续增加,常规应力区域将在短时间内增长不明显。     

超声喷丸强化搅拌摩擦焊接接头性能

采用超声喷丸焊后处理工艺分别对7075-T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接接头进行了处理,并与其原始状态进行了疲劳对比试验。对比疲劳性能试验结果证明该处理技术可用于提高7075-T651铝合金母材及搅拌摩擦焊焊接焊接接头试件的疲劳性能。     

喷丸强化对AISI 420不锈钢固体粒子冲蚀行为的影响

研究了喷丸强化(SP)对AISI 420马氏体不锈钢抗同体粒子冲蚀(SPE)行为的影响.探讨了喷丸引起的表面残余压应力,表面粗糙度增大和表面加工硬化等三因素对SPE抗力的作用机制.结果表明:SP处理对AISI 420不锈钢在30°攻角下的SPE抗力无明显影响,但却降低了该钢在90°攻角下的SPE抗力.SP处理后进行表面抛光,则使该钢在两种攻角下的SPE抗力均得以提高.SP三因素对SPE抗力的作用机制主要有:表面粗糙化增大了试样表面对冲蚀粒子的有效暴露面积,因而降低了不锈钢在两种攻角下的SPE抗力;表面残余压应力能够有效抑制疲劳裂纹萌生和早期扩展,因而能有效提高AISI 420不锈钢的SPE抗力,特别是对90°垂直冲击条件下SPE抗力的提高作用更为明显;表面加工硬化提高了材料表面的微犁削抗力,因而对提高AISI 420钢在30°攻角下的SPE抗力有贡献,但是表面加工硬化层的抗多冲疲劳性能差,却不利于AISI 420钢在90°攻角下抗SPE性能的改善.