航空钛合金抗疲劳表面改性技术研究进展

重点介绍了提高钛合金疲劳性能的表面改性技术的最新研究进展。主要从喷丸强化、激光冲击强化、挤压、滚压、离子注入、滚磨光整加工、水射流喷丸等典型方式对钛合金的加工能力、作用机理,以及加工后零件的残余应力水平和疲劳性能等方面进行了阐述,以期为航空钛合金零件的表面改性提供借鉴。     

A100钢外螺纹椭圆超声滚压强化试验研究

A100钢有较高的疲劳抗力和显著的减重效果.在航空工业中,飞机起落架主要承力件正逐步采用A100钢,且主要承力件多采用螺纹联接.为了提高螺纹疲劳寿命,提出了超声振动滚压强化工艺方法,设计了外螺纹超声滚压强化装置,进行了螺纹超声滚压强化前后性能对比试验.利用X射线分析仪、维式硬度计、粗糙度仪和疲劳试验机,分别测量了螺纹超声滚压强化前后的残余应力、维氏硬度、表面粗糙度以及疲劳寿命.结果表明,超声滚压强化后牙底残余应力提高了70％,显微硬度提高了14％,粗糙度降低了51％,600MPa应力条件下寿命提高了5倍.     

喷丸强化对FGH96粉末高温合金疲劳性能应力集中敏感性的影响

为研究喷丸强化对FGH96粉末高温合金疲劳性能应力集中敏感性的影响,采用不同强度陶瓷丸喷丸强化对合金磨削表面进行了表面处理,并研究了疲劳性能和表面完整性状态。研究结果表明:在650℃下,当应力集中系数由Kt=1提高到Kt=1.7时,FGH96合金磨削状态疲劳极限由583MPa下降到465MPa;经过大强度喷丸强化后,Kt=1.7疲劳极限回复到530MPa;小强度喷丸强化对Kt=1.7疲劳极限无增益作用。大强度喷丸强化消除了加工刀痕,表面粗糙度略有增大,引入了深度达到100μm的残余应力场,在600MPa下疲劳源萌生于次表层,呈单源疲劳模式;小强度喷丸强化无法消除加工刀痕,在600MPa下疲劳源萌生于表层,呈多源疲劳模式。结果证明适宜的喷丸强化工艺可以缓解结构应力集中对粉末合金疲劳性能的削弱。     

滚压强化技术及在航空领域研究应用进展

金属疲劳和腐蚀失效是限制飞机日历寿命、影响航空安全的关键因素之一。滚压强化是一种常用的提高航空金属零部件疲劳强度和耐腐蚀性能的机械表面强化技术。总结了滚压强化技术的强化机理,介绍了国内外专家学者对滚压强化技术的研究现状,综述了该技术在航空领域的应用现状。可以预见,随着滚压技术的不断突破,其强化效果会越来越好,应用领域会越来越广,在提高航空安全保障的同时,其价格优势会带来极大的经济效益。     

超声滚压技术在表面强化中的研究与应用进展

超声滚压加工是一种复合特种加工技术，其综合了传统滚压和超声加工的材料去除方式，在增加残余应力提高表面完整性、抗疲劳、抗腐蚀、耐磨损等方面具有显著的优势。自该技术应用至今，国内外学者做了大量有关超声滚压工艺及机理方面的研究，并在多种重要金属材料及关键零部件中应用。本文首先总结了国内外滚压装置的发展现状；其次论述了超声滚压机理研究的主要方法（理论法、有限元法和实验法）研究进展，指出以上3种方法的优缺点及待解决问题；随后总结了超声滚压对表面完整性（包括微观结构、表面形貌、微观硬度、残余应力）的影响规律，超声滚压对提高抗疲劳特性及其他性能影响，并指出超声滚压目前存在的不足及尚待解决的问题；最后就超声滚压技术进一步研究和发展方向进行展望，从而为曲面的超声滚压制造提供一定的参考。     

TC4合金低塑性抛光过程数值模拟

为了研究低塑性抛光工艺参数对材料表面性能的影响,采用有限元分析软件ANSYS对TC4合金板材低塑性抛光表面强化过程进行了数值模拟。运用单因素试验法分别分析了液压油预压力、滚压速度、滚压道次、进给量4个工艺参数对表面残余应力的影响。结果表明:液压油预压力对残余应力分布影响最大,增加液压油预压力可使残余压应力层深度明显增加;滚压速度和滚压道次主要影响表面残余应力,表面残余压应力随滚压速度减小和滚压道次增加而增大;进给量对残余应力分布均匀性有显著影响,减小进给量可使均匀性增高。通过对比残余应力分布,建议液压油预压力设为450 N,滚压速度取为10 mm/s,进给量取为0.1 mm,滚压道次选择为3次。研究结果可为TC4合金低塑性抛光试验工艺参数选取提供理论参考。     

螺纹根部圆角滚压强化对螺纹疲劳寿命的影响

对高强度钢材料0Cr13Ni8Mo2Al螺栓连接件采用螺纹根部圆角滚压强化工艺,在频率140Hz、高载21.09 kN、载荷比R=0.1条件下与车削螺纹对比疲劳寿命。试验结果表明,螺纹根部圆角滚压强化工艺可以大幅提高螺栓螺纹的疲劳寿命。     

喷丸处理对铝锂合金激光焊接结构性能的影响

为解决铝锂合金焊后性能弱化问题,推进双激光束双侧同步焊接工艺在国产民用飞机壁板制造中的应用,研究了焊后喷丸、固溶时效热处理+喷丸处理两种共3组焊后强化工艺,通过静力拉伸、疲劳及表面应力状态测试分析,评估强化效果,探讨强化机制。结果显示:纯喷丸强化可显著提高疲劳性能,其中0.20mmN喷丸后细节额定疲劳强度截止值DFR_(cutoff)较焊态提高27.8%,但静力拉伸性能与焊态相差不大; 0.36mmN喷丸后DFR_(cutoff)提高了118.5%,但抗拉性能明显下降;热处理+喷丸的组合强化工艺对静力拉伸及疲劳性能均有明显提升,抗拉强度较焊态提高32%,DFR_(cutoff)较焊态提高21.9%,综合性能较好。     

表面机械强化工业纯钛疲劳性能的研究

利用透射显微技术和 X射线衍射分析技术 ,对工业纯钛在喷丸、滚压两种强化方式下的组织和残余应力进行了对比研究。结果表明 :1 ) TEM组织中均可观察到位错和变形孪晶。滚压形成了单个分散的孪晶 ,喷丸表层中形成大量相互交叠的孪晶和变形带 ;疲劳后 ,喷丸组织中产生孪晶 -孪晶的交互作用 ,而滚压组织中是孪晶 -晶界的交互作用。2 )喷丸较滚压强化表层残余应力松弛显著 ,疲劳后两者的表层残余应力相当 ;3)喷丸较滚压粗糙度高一个数量级。并依上述分析对表面机械强化机理进行了解释。     

TC4紧固件性能的试验研究

验证了航空飞行器结构中以滚压MJ螺纹的TC4螺栓替代常规M螺纹的30CrMnSiA螺栓的可行性。试验证明30CrMnSiA螺栓的拉伸性能略高于TC4螺栓,而TC4螺栓的拉伸疲劳性能优于30CrMnSiA螺栓。对破坏试件进行断口分析,确定螺栓断裂属于疲劳破坏。分析了螺栓制造工艺,发现TC4螺栓滚压工艺产生的残余应力和MJ的螺纹形状是影响螺栓疲劳性能的主要因素。     

钛合金加工表面完整性的研究现状与展望

钛合金作为航空发动机等高端装备零部件的关键材料,具有良好的高比强度、优异的抗腐蚀性与超强的断裂韧性与疲劳性能.作为典型的航空难加工材料,钛合金在制造过程中引起的表面完整性对其服役性能与可靠性有着至关重要的影响.为此,从切削加工、磨削加工、复合加工与特种加工4个工艺角度对钛合金制造过程中表面完整性的研究现状进行详细阐述....     

内螺纹滚压强化对超高强度钢疲劳性能的影响

σ0 .1从 2 5 0 MPa提高到 448MPa,提高幅度达 79%。     

Cr4M04V钢表面预制缺陷对滚动接触疲劳性能的影响

用推力片实验研究了表面预制缺陷对Cr4Mo4V高温轴承钢滚动接触疲劳性能的影响。应用洛氏硬度计和维氏硬度计预制不同形状、不同大小的表面缺陷,通过扫描电镜记录滚动疲劳裂纹的萌生、发展乃至试样失效的全过程。结果表明,表面预制缺陷对Cr4Mo4V钢滚动接触疲劳性能有很大的影响。不同形状的预制缺陷对疲劳性能有不同的影响,且疲劳性能有明显的缺陷尺寸效应。     

基于卷积双向长短期记忆网络的轴承故障尺寸估计

基于振动监测数据的航空发动机滚动轴承损伤大小识别,对于研究滚动轴承故障演化、故障预测和故障诊断具有重要意义。针对传统模型对先验知识依赖性高、特征提取不充分、故障尺寸训练类别有限等问题,提出了一种基于深度学习的滚动轴承损伤尺寸预计方法,能够对训练过程中未出现的中间尺寸进行准确识别。在经典模型的基础上,搭建了一种深度卷积网络与长短期记忆网络组合模型,该模型可对轴承振动信号的多维特征与时序特征进行充分提取,实现轴承故障的智能和高效诊断。最后,利用滚动轴承加速疲劳试验机,进行了多种转速与损伤尺寸下的滚动轴承故障试验,基于试验数据进行了方法的比较,结果表明,该组合网络的在正常和加噪的情况下预测精度分别达到99.94%和98.67%,较单独的深度卷积网络、长短期记忆网络及其他模型精度更高,比较结果充分表明了本文所提方法的优越性。     

微粒子喷丸技术研究进展

微粒子喷丸因其采用的弹丸介质尺寸小,具有强化基体表面并降低表面粗糙度的优点,已成为航空、能源动力等领域中一项重要的表面强化技术。目前对于该技术的研究仍处于对其强化机理的试验论证阶段,还未有完整的理论体系。对微粒子喷丸技术的原理和特点进行了综述,讨论了微粒子喷丸的强化机制,阐述了目前微粒子喷丸技术的研究现状及在各类材料中的应用,并指出了该技术的应用前景。研究各类参数对喷丸效果的影响将是微粒子喷丸发展的主要方向。     

滚动接触疲劳寿命预测方法综述

首先介绍了滚动接触疲劳的主要失效过程是裂纹在亚表面起始然后扩展到表面最终引起剥落,接着分两类介绍了滚动接触疲劳寿命模型的研究和讨论:一类是基于概率的工程模型,这类模型的代表是Lund是-berg-Palmgren方程、Ioannides-Harris方程、Zaretsky方程等,这些方程均有很强的实用性,在轴承工业中已取得很好的应用;一类是研究模型,这些模型通过接触体材料完整的应力-应变行为的信息,并结合材料的失效模型,用于解释接触疲劳失效过程中的机理。     

Cold expansion technology of connection holes in aircraft structures: A review and prospect

As one kind of key anti-fatigue manufacture approaches with simplicity and effectiveness, the hole cold expansion technology satisfies the increasing needs for light weight and durability of aircraft structures.It can improve the fatigue life by several times at no additional weight conditions.The hole cold expansion technology has been widely used in manufacturing and repairing of both fighters and commercial aircraft, and has become a research hotspot in the strengthening technology.In recent years, hole cold expansion process methods, residual stress around expanded holes, the behavior of fatigue crack initiation and propagation, and fatigue lives after cold expansion are researched extensively through lots of experiments and finite element simulations.A review on the hole cold expansion technology research status in the last twenty years is presented in this paper.Via the analysis of the current characteristics and defects of the hole cold expansion technology, combined with the actual needs in design and manufacture of new-generation aircraft, development trends and novel research directions are presented for realizing precise and high-efficiency anti-fatigue manufacture.     

A plastic strain energy method exploration between machined surface integrity evolution and torsion fatigue behaviour of low alloy steel

To explore the evolution mechanism of multistage machining processes and torsional fatigue behaviour based on strain energy for the first time and provide process optimization of axis parts of low alloy steel for service performance, four multistage machining processes were applied to the 45CrNiMoVA steel, including the Rough Turning process (RT), RT+ the Finish Turning process (FRT), FRT+ the Grinding process (GFRT) and RT+ the Finish Turning process on dry cutting condition (FRT0). The result showed that the FRT process’s average low-cycle torsional fatigue life increased by 50% when it evolved from the RT process. The lower surface roughness of R_a 1.3 μm caused the total strain energy to increase by 163.8 Pa mm/mm instead of the unchanged strain energy density, and the crack feature evolved from some specific bulges to flat shear plane characteristics. When the GFRT process evolved from the FRT process, its average fatigue life increased by 1.45 times, compared with the RT process. Plastic strain amplitude decreased by 21%, and the strain energy density decreased by 4% due to more considerable compressive residual stress (?249 MPa). Plastic deformation layer depth had a consistent tendency with surface roughness. In this paper, surface integrity evolutions on cyclic characteristics and fatigue behaviour have also been explained. A fatigue life prediction model based on the energy method for machined surface integrity is proposed.