渗碳钢在接触疲劳过程中表面层的残余应力

对18Cr2Ni4WA钢表面渗碳层内的残余应力在接触疲劳过程的变化进行了跟踪。钢经930℃ 4h渗碳,850℃二次淬火,170℃ 2h回火,磨削加工后,表面硬度HRC 55～57,直径60mm的滚子试样转速1470r/min,滑差-5％,30号机油润滑,油温35～45℃,最大接触应力2668MPa,不同循环周次后用x射线应力分析仪测定残余应力沿表面层的分布,用x射线衍射仪测定残余奥氏体。结果表明,渗碳硬化处理后,在表面层所形成的残余压力在整个接触疲劳过程中变化不大,残余奥氏体转变、马氏体分解也很少。高的组织稳定性是残余应力稳定的主要原因。     

基于全因子试验的轴承沟道磨削工艺研究

通过全因子试验研究了不同磨削工艺对轴承沟道磨削变质层的影响。选取磨削参数时考虑残余应力、硬度、残余奥氏体和磨削变质层等目标。同时也考虑不同磨削参数对磨削效率和磨削精度的影响。试验表明,砂轮转速对残余应力和磨削变质层的影响较大,对硬度和残余奥氏体的影响较小。采用9000r/min的砂轮转速磨削将产生较高的残余拉应力。最终选取了所有磨削工艺中最为合适的磨削参数为:7000r/min砂轮转速、200r/min工件转速、15μm磨削深度,具有重要的工程指导意义。研究结果可以很好地指导轴承企业生产。     

飞机轮轴裂纹产生原因

目的查明飞机起落架轮轴成品表面镀铬部位存在裂纹缺陷;方法对飞机起落架轮轴试块进行外观检查、磁力探伤、物理性能测试、宏观分析、断口微观分析试验等;结果经过综合分析认为,起落架轮轴在存放一段时间,发现部分轮轴表面镀铬部位存在裂纹缺陷;结论产生裂纹缺陷的主要原因与镀铬层磨削过程产生的高水平残余拉应力有关,氢对其开裂有诱导作用。     

深氮化硬化32Cr3MoVE钢组织性能研究

针对深氮化硬化32Cr3MoVE钢进行了硬化层组织性能的表征分析。与18CrNi4A钢渗碳件、32Cr3MoVE钢常规氮化件进行了接触疲劳性能对比试验研究,并对深氮化件进行了接触疲劳失效行为分析,认为两种裂纹萌生模式同时存在,但其疲劳破坏取决于表层内裂纹的萌生和扩展。同时探索了深氮化硬化钢长寿命机理:渗氮层深达0.6～0.8mm,渗层组织优异,表面硬度高,具有优异的硬度梯度和残余应力分布。     

工程陶瓷磨削表面/亚表面损伤的产生及其控制

讨论了表面/亚表面裂纹和残余应力产生的原因及扩展机理,探讨了控制陶瓷磨削表面/亚表面损伤的途径,并指出了当前存在的问题及今后需要努力地方向.     

渗碳M50NiL钢磨削表面完整性特征及疲劳失效机理

用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、显微硬度计、残余应力测定仪,分析研究渗碳M50NiL钢普通磨削和精密磨削两种工艺的表面完整性特征,通过旋转弯曲疲劳实验实测两种试样的疲劳性能,并对疲劳实验结果进行模拟分析。结果表明:在不考虑表面加工缺陷的理想情况下,渗碳M50NiL钢旋转弯曲疲劳裂纹在亚表面起源;普通磨削产生的表面应力集中,将疲劳源从亚表面移至表面;精密磨削通过优化磨削工艺改善了表面变质层特征,有效抑制了加工表面应力集中敏感,将疲劳源从表面回归至亚表面;旋转弯曲疲劳寿命最高可提高30倍,平均提高15倍。     

JG4246A高温合金尾喷管密封片裂纹机理分析

针对由Ni3Al基JG4246A高温合金精铸的航空发动机尾喷管密封片在工作后出现的裂纹故障,通过开展密封片外观检 查、裂纹断口分析、组织检查、化学成分分析、组织和再结晶热模拟试验等,对裂纹的性质和产生机理进行了分析。结果表明：密封 片的裂纹性质为以热应力为主导致的疲劳裂纹,起源于密封片表面的再结晶层。密封片边缘局部温度超过材料允许使用温度,使 其表面产生再结晶,在热应力作用下再结晶逐渐开裂形成微裂纹;局部超温也引起基体组织转变,降低了基体本身的高温性能,并 促进裂纹逐渐向基体扩展,最终形成宏观裂纹。为避免类似故障再次发生,建议进一步优化密封片结构,改善温度场温度梯度,降 低工作温度;增加去应力退火工艺,以降低构件的残余应力。     

镍基高温合金GH4169磨削参数对表面完整性影响

研究了用单晶刚玉砂轮磨削镍基高温合金GH4169时,磨削参数对表面完整性中的表面特征(表面粗糙度、表面形貌、表面显微硬度和表面残余应力)的影响,以期优化磨削参数.砂轮速度依次选择15,20,25m/s,磨削深度分别选择50,100,150μm,工件速度分别选择5,10,15m/min.研究结果表明:表面粗糙度对工件速度的变化最敏感,表面显微硬度对砂轮速度变化最敏感,表面残余应力对砂轮速度变化最敏感;同时表明了磨削参数对磨削表面形貌、显微硬度梯度、微观组织、残余应力梯度的影响,揭示了表面完整性中的变质层形成规律.其塑性变形层在5～10μm,显微硬度变化影响层为80～100μm,残余应力影响层厚度为80～200μm,其为磨削镍基高温合金表面完整性控制研究提供相关的实验数据基础.      

轴、杆镀铬表面微裂纹失效分析

轴、杆类构件在镀铬过程中或在存放、使用一段时间后,镀铬表面产生大量的微裂纹。通过外观和断口宏微观、金相组织、硬度、残余应力和氢含量测试等手段,检测出轴、杆镀铬表面微裂纹属于磨削裂纹或氢脆延迟开裂。通过加强轴杆表面镀铬工艺控制,可有效预防该类缺陷的产生和扩展。     

超高强度钢强化层的微观组织变化和疲劳裂纹扩展行为的透射电镜观察

用透射电镜对超高强度钢喷丸和挤压强化层中的精细组织、疲劳裂纹尖端塑性区内的位错结构、微观组织和裂纹扩展行为问的联系进行了研究。结果表明,不同试验条件所产生的拉应力和周期应力均可引起显微组织中残余奥氏体的应变相变和位错胞状组织。喷丸所产生的周期应力可导致下贝氏体内ε-碳化物的退化和显微组织中的亚晶。在塑性区内存在高位错密度的主位错带。就马氏体板条晶而论,裂纹扩展多为穿品,裂纹扩展遇到束界时方向发生较大变化。     

单边缺口拉伸试样喷丸强化残余应力及其三维应力强度因子分析

采用有限元计算软件ABAQUS/Explicit建立40Cr钢单边缺口拉伸(SENT)试样喷丸强化的三维有限元模型,分析各喷丸参数与强化后残余应力场的关系。用三维裂纹权函数法求解了三维表面裂纹在喷丸残余应力场下的应力强度因子,并分析各喷丸参数对残余压缩应力强度因子K_res的影响。计算结果表明:当裂纹尺寸较小时,表面残余压缩应力越大,残余压缩应力强度因子绝对值-K_res越大;随着裂纹尺寸的增加,残余压应力层越深,-K_res最大值的发生位置也越深;当裂纹达到一定尺寸时,-K_res受残余压应力场深度变化规律的影响,即残余压应力场的深度越大,-K_res越大。     

表层梯度强化的缺口试样疲劳寿命数值研究

利用改进的Tanaka-Mura模型,确定复杂疲劳载荷与拉压疲劳载荷之间的等效转换关系,给出残余压应力的影响规律,并利用这一模型,针对含缺口的表面强化处理试样的疲劳寿命与裂纹起源位置进行系统地数值分析。结果表明:缺口试样的疲劳形核寿命和位置与强化层的厚度、表面与基体硬度比以及残余应力相关;强化层厚度变化会改变裂纹形核位置;存在临界厚度,当强化层厚度小于临界厚度,裂纹形核于强化层与基体的界面,否则,形核于强化亚表层或表面;表面与基体的硬度比增加会导致临界厚度增加;残余压应力对疲劳萌生寿命影响较小,而残余拉应力则明显降低疲劳萌生寿命。     

光学材料磨削加工亚表面损伤层深度测量及预测方法研究

针对光学材料磨削加工引入的亚表面损伤层,综合使用磁流变抛光斑点技术和HF差动化学蚀刻速率法测量亚表面裂纹层深度和亚表面残余应力层厚度。建立了亚表面裂纹层深度与表面粗糙度间关系的理论模型,以实现亚表面裂纹层深度的准确预测,并通过分析亚表面裂纹尖端应力场,预测了亚表面裂纹尖端塑性层厚度。     

两种模具材料对热等静压TC4 显微组织的影响

研究了A3钢和GH1131高温合金两种材料作为模具对TC4钛合金HIP组织的影响。结果表明在HIP过程中,A3钢模具对有效应力传递的阻碍作用较大,设计HIP用A3钢模具时应避免深型腔结构,GH1131模具对有效应力传递的影响较小。受元素互扩散的影响,两种模具材料在HIP过程中均污染了TC4材料表面,A3钢模具对合金的影响层较薄,但使材料形成了波浪形的粗糙表面;GH1131对成形材料的影响层厚度>100μm。为了获得高精度的无污染表面,TC4合金HIP净成形时两种模具均需要进行表面处理,形成与TC4兼容的保护层。     

试样表面应力对钢中残余奥氏体含量影响的探讨

本文着重探讨了试样表面应力对残余奥氏体测试的影响。结果表明:对同一块试样施加应力后测得的残余奥氏体量与经电解抛光、消除应力后测得的残余奥氏体量有差别,试样表面存在应力时比消除应力后的残余奥氏体量低。因此,采用X射线衍射仪测定钢中残余奥氏体时,表面状态很重要,务必经电解抛光后再进行测量,方能获得比较精确的结果。     

热固性树脂基复合材料固化变形研究进展

热固性树脂基复合材料结构在热压罐成型过程中,由于模具的约束作用,会导致工件内部残余应力的产生,进而引起工件回弹变形和翘曲变形.对影响残余应力和变形产生的各种因素进行了综述及分析,这些因素包括热膨胀、固化收缩、铺层方式、固化温度、模具热膨胀、气孔含量、热梯度分布、纤维含量梯度分布、降温速率、固化时间、纤维含量、模具表面处理、模具角半径和模具热传导性能.     

不同磁导率1Cr18Ni9Ti材料的制备与组织分析

本文采用锻造工艺制备了具有不同磁导率的相同化学成分的1Cr18Ni9Ti,结合X衍射、微观组织分析和晶体学理论探讨了磁导率改变的原因。结果表明,经锻造后,1Cr18Ni9Ti仍保持了其很高的耐腐蚀性能,磁导率提高较大;与高速钢的相对磁导率之比可达1:2.435;磁导率提高的主要原因是,一方面是奥氏体相含量可减少20.1%,另一方面是生成的板条状的奥氏体孪晶和马氏体组织以及层片状织构提高了磁各向异性。     

航空发动机进口整流支板防冰槽裂纹故障分析

为了排除某型发动机进口整流支板裂纹故障,利用故障树的排查方法分析了故障原因,并对试验件进行了断口分析、尺 寸测量、动应力及残余应力测试、防冰槽结构形式及表面状态疲劳对比试验。结果表明：支板防冰槽裂纹产生的主要原因是进气机 匣焊接后残余应力较大,且防冰槽边缘存在应力集中,在试车过程中,防冰槽应力集中处在转子叶片激振的作用下萌生裂纹并扩 展。针对故障原因开展了结构改进设计与试验,提出了修改防冰槽宽度、倾角尺寸及增加重熔层控制等措施,使得该故障得以排除。     

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。     

表层超硬化M50NiL钢接触疲劳失效机理

应用表面轮廓仪、维氏硬度计、残余应力X射线测定仪、光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、滚动接触疲劳试验机等,对比研究表层超硬化M50NiL钢和M50钢制圆棒试样的硬度梯度、残余应力梯度以及组织结构,实测各自滚动接触疲劳寿命,并对比分析失效过程,探讨表层超硬化M50NiL钢的疲劳失效机理。结果表明:表层超硬化M50NiL钢失效机理回归赫兹理论,为典型的接触疲劳失效特征,接触疲劳寿命大幅提高;高的表面硬度和表面残余压应力,良好的组织结构,能够完全抑制表面起始裂纹的形成,是失效机理回归赫兹理论的主要原因。