喷丸对30CrMnSiNi2A合金钢表层组织性能的影响及其微观机理

使用气动式喷丸设备制备了30CrMnSiNi2A合金钢喷丸强化处理试样,并对试样表层的组织性能进行了综合分析。采用扫描电镜和透射电镜观察了试样表层的显微组织结构,利用纳米压痕仪和X射线应力仪测试了喷丸处理和未处理试样表层纳米显微硬度和残余应力沿厚度方向的分布。结果表明:未处理试样的组织主要为板条马氏体、少量的下贝氏体、孪晶及残余奥氏体,喷丸处理在试样表面形成了厚度约为30μm的致密塑性变形层,该层内晶粒平均直径约为46 nm,纳米显微硬度值达到6.8 GPa,加工硬化量提高了4.9%;同时,喷丸处理在试样表面引入了深度约为280μm的残余压应力层,最大值为-1050 MPa。最后,分析了喷丸处理晶粒细化机制及其对材料加工硬化和残余应力的影响。     

激光冲击对TC11钛合金组织和力学性能的影响

对TC11钛合金进行激光冲击强化处理,通过透射电子显微镜观察不同参数下TC11钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和X射线应力测试仪分别测试材料表层硬度和残余应力,并通过TC11钛合金标准疲劳试片高周振动疲劳试验验证激光冲击对其疲劳性能的影响.试验结果表明:激光冲击波作用后表面组织结构发生明显变化,当冲击次数增加,先后出现了高密度位错、位错胞和纳米级晶粒等微观组织特征.冲击10次后,表面残余应力最高达到-632.5MPa,相应的塑性变形层深度达到1500μm左右;同时表面硬度在冲击1次即可提高19%,硬度影响深度为700μm,随着次数增加而提高,但幅度不大.经3次冲击处理的TC11钛合金标准疲劳试片的疲劳极限由原始483MPa提高到593MPa.      

13Cr4Mo4Ni4VA钢复合硬化层的表征研究

对渗碳硬化13Cr4Mo4Ni4VA钢进行渗氮处理后形成复合硬化层,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、透射电镜、高分辨电镜、电子探针及显微硬度测试等方法对复合硬化层进行表征。结果表明,复合硬化13Cr4Mo4Ni4VA钢渗层碳氮浓度呈梯度分布,从表面到心部组织性能也呈梯度变化,表现出异于传统硬化工艺的组织结构特性。复合硬化层为双层硬化结构,渗氮层组织优异,少无沿晶化合物,析出细小的片状的Mo2N、周期性层状分布的Mo2C以及Cr2(C,N)等合金碳(氮)化合物,在析出相沉淀硬化和碳氮原子固溶强化共同作用下,使复合硬化层表面硬度达到超硬化(70HRC),有效硬化层维持很大的层深,具有优异的硬度梯度及残余压应力场。     

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。     

强化层亚结构对TA2疲劳强度的影响

研究了滚压强化多晶纯钛在疲劳前后的显微组织特征和残余应力的变化。结果发现：疲劳强度的提高主要归于形变组织，同时表面粗糙度的降低也起了良好的作用。滚压试样表层TEM组织中形成高密度位错和单个、分散的变形孪晶，历经10^6以上循环周次后，孪晶－晶界的交互作用是其主要特征。滚压引入的残余压应力和层深均较小，有益贡献也相应降低。     

大变形异步叠轧技术制备高强高导超细晶铜材研究

采用大变形异步叠轧并结合退火处理制备出了超细晶铜材。讨论了大变形异步叠轧的搓轧区、界面以及变形量等技术特征,测试了超细晶铜材的组织及性能。结果表明,搓轧区的存在促进了界面的复合和晶粒的细化;纯铜经过室温六道次AARB变形(累积真应变4.01)后,包含有许多亚结构,之后再经过220℃/35min退火处理,亚结构消失,获得了平均晶粒大小为200nm、抗拉强度、屈服强度分别为424.5MPa,323.1MPa、电导率为76.3 MS.m-1的高强高导超细晶铜;晶界面积的增加提高了超细晶铜的显微硬度;超细晶粒的变形不均匀性小和应力集中小,使得超细晶铜的塑性好、强度高;超细晶铜材的塑性变形机制受晶界行为控制。     

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.     

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。     

奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti激光冲击强化研究

对奥氏体不锈钢１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ进行激光冲击强化,观察了激光冲击强化层显微组织与结构的变化并测定了激光冲击强化层内的显微硬度和残余应力。结果表明：１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ激光冲击强化层中有高密度的位错和大量的孪晶,显微硬度显著提高并产生较高的残余压应力,１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ激光冲击强化区还发生了形变诱发马氏体相变。     

钛合金窄间隙TIG焊试板热处理前后表面残余应力研究

采用磁控窄间隙TIG焊接方法对31mm厚TC4钛合金试板进行焊接,焊接完成后采用压痕应变法测量真空退火处理前后表面焊接残余应力分布。结果表明,试板表面纵向焊接残余应力σx和横向焊接残余应力σy均较高;试板下表面焊接残余应力高于上表面焊接残余应力;峰值焊接残余应力出现在高温热影响区,数值可以达到材料屈服强度的50%~60%。经过650℃的真空退火热处理,焊接试板的纵向和横向残余应力均显著降低,残余应力降低幅度最高超过50%,剩余残余应力峰值均低于200MPa,表面残余应力重新分布。     

磨粒磨损对砂带磨削TC17表面完整性的影响研究

砂带磨粒磨损直接影响磨削表面质量进而影响构件综合服役性能.以表面完整性为评估指标,对砂带磨损前后钛合金的表面加工质量进行了试验研究,揭示了砂带磨粒磨损对磨削TC17表面粗糙度、残余应力和表面硬度的影响规律及机制.结果表明,磨粒磨损后由于高度均匀化、单位面积切削磨粒数增加、磨削深度减小,使得表面粗糙度减小、纹理均匀细腻,...     

主起落架上转轴开裂原因分析

主起落架完成3倍目标寿命疲劳试验后,进行分解检查时发现上转轴的一个孔边缘及孔内壁出现了裂纹,该上转轴共经历了4倍目标寿命疲劳试验,材料为30CrMnSiNi2A超高强度钢。通过外观检查、残余应力测试、断口宏微观观察、能谱分析、金相检验、硬度测试和化学成分分析等方法,对上转轴的开裂原因进行了分析。采用疲劳断口定量分析方法反推上转轴的裂纹萌生寿命,并给出疲劳裂纹扩展速率与裂纹长度之间的关系曲线。结果表明：该上转轴裂纹的性质为高周疲劳开裂,其裂纹萌生于2倍目标寿命+5个加载谱块之前;上转轴开裂原因与轴孔安装过紧进而承受较大载荷谱应力、源区侧表面损伤和残余应力共同作用有关。通过加强装配过程控制、提高表面处理,上转轴已完成安全寿命试验（即7倍目标寿命）。     

激光重熔对喷射电沉积纳米结构镍涂层性能影响研究

采用喷射电沉积方法在45钢基体表面制备了纳米结构镍涂层,研究了激光重熔工艺对涂层性能的影响。用扫描电镜和X射线衍射仪对涂层表面形貌和晶粒尺寸进行分析,并对涂层做表面显微硬度测试和耐腐蚀性试验。结果表明:在优化的工艺参数下,喷射电沉积制备的镍涂层表面比较平整、结合较致密,由平均尺寸为13.7 nm的纳米晶颗粒组成,但涂层中仍存在一些孔隙及其它缺陷;经过激光重熔后,熔融区内的晶粒尺寸明显减小,涂层致密化程度有所提高并使涂层与基体由机械结合变为冶金结合,因此涂层的表面显微硬度和耐腐蚀性能得到明显的提高。     

激光冲击强化7075铝合金熔焊接头的疲劳性能

激光冲击强化（LSP）技术具有残余压应力场深、冷作硬化程度低和强化区域可控等优点,在焊接结构表面改性方面应用前景广阔。对2 mm厚度的7075-T6铝合金激光-电弧复合焊接接头实施了激光冲击强化处理,对比分析了强化前后接头的硬度、残余应力、疲劳寿命以及疲劳裂纹形核机制。结果表明,焊缝中心的最高硬度由强化前的152 HV提高到强化后的175 HV,有效强化层深度约为100 μm;经激光冲击强化后,焊缝区呈现残余压缩应力,最大残余压应力为-200 MPa;9组焊接接头试样的平均疲劳寿命为675 937周,约为强化前疲劳寿命（262 297周）的2.6倍;疲劳裂纹萌生位置从具有高度应力集中的表面缺陷转移至强化层以下的亚表面,进而有效地提高了疲劳裂纹的形核寿命。     

材料表面残余应力测试技术研究

在生产、处理或加工材料的过程中,由于材料的局部区域的不均匀塑性变形,产生了残余应力。残余应力对疲劳强度、抗蚀性、尺寸稳定性、相变、硬度等均有影响;提高表面塑变抗力,降低表层的有效拉应力,可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,提高疲劳强度。本文主要以结构钢、不锈钢类材料为研究对象,应用x射线衍射原理测定表面残余应力,讨论x射线法测残余应力的要点,分析能够影响测定结果的技术因素、材料因素及被测件的几何因素,并找出应力分析仪最佳的测试参数。     

激光喷丸强化TC6钛合金的振动疲劳寿命及断口形貌分析

为了研究TC6钛合金激光喷丸强化(Laser Shocking Peening,LSP)处理后对振动疲劳寿命的影响,采用不同喷丸次数的方法对TC6钛合金进行LSP处理,采用振动疲劳测试系统对振动试样进行振动疲劳测试,用X射线衍射仪和显微硬度计测试LSP前后试样的残余应力和硬度,研究LSP对TC6钛合金振动疲劳性能的影响...     

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。     

Surface strengthening and grain refinement of AZ31B magnesium alloy by ultrasonic cavitation modification

Ultrasonic cavitation modification (UCM) employs cavitation effect to induce strong plastic deformation on the material surface and improve surface properties. To explore the surface strengthening and grain refinement of materials by UCM, the UCM orthogonal experiments of AZ31B magnesium alloy were carried out in water and kerosene, respectively. The effects of ultrasonic amplitude, distance from the sample, and processing time on Vickers hardness and grain size of the material were studied. The results showed that the Vickers hardness of samples increased to 1.5–3 times after UCM in water, which was 23.77–48.19% higher than that in kerosene. The metallographic observation indicated the grains on the surface of AZ31B were refined after UCM. The maximum fluctuation of grain size on the material surface was not more than 10 μm after UCM in water, and most of them were concentrated between 1.5 μm and 2.5 μm, while the former was more than 40 μm and the latter were concentrated between 2 μm and 10 μm in kerosene. This reflected that the grain refinement effect of UCM in water was better than that in kerosene. Ultrasonic cavitation can be used as a benign means to improve the surface properties of materials.     

磁场辅助激光熔覆铝基金属玻璃覆层

为提高铝合金的表面性能,采用磁场辅助激光熔覆的方法在5083铝合金表面制备了Al-Ni-Y-Co-La五元金属玻璃熔覆层,并对其进行组织成分及性能分析。实验结果表明：熔覆层主要由非晶相、α-Al相以及Al₄NiY等金属间化合物组成,旋转磁场的搅拌作用使熔覆层非晶相含量由10.2%提高到30.7%,且能够有效抑制多道搭接和多层堆积过程中重熔区晶粒的生长,细化了熔覆层晶粒组织,降低了残余应力,提高了显微硬度及韧性,使其平均显微硬度从278 HV_0.1提高至335 HV_0.1,且波动较小,平均抗拉强度为303 MPa,为基体拉伸件的110.2%,平均伸长率为6.79%,为基体的33.1%。     

射频磁控溅射Cr/CrN膜微结构和力学性能研究

利用射频磁控溅射制备了Cr／CrN多层薄膜，并对比单层CrN薄膜，分析研究了多层膜周期与结构和性能之间的关系。研究结果表明：多层膜中没有出现柱状晶体结构，而且结晶取向与单层CrN有显著区别；多层膜的应力普遍小于单层CrN，硬度略高于或接近于单层CrN，在外力作用下的抗变形能力远高于单层CrN；多层膜的应力和硬度随周期厚度的减小而增大，在周期15nm时硬度值达到最大23、8GPa，表明Cr／CrN多层膜的硬度与周期结果有关，而且存在使薄膜性能达到最佳的周期值。