Experimental investigation of laser peening on TiAl alloy microstructure and properties

In order to study the effect of laser peening on microstructures and properties of Ti Al alloy, Ti Al alloy samples were treated by Nd:YAG laser system with the wavelength of 1064 nm,pulse-width of 18 ns, and pulse-energy of 0–10 J. Surface micro-hardness, roughness, and microstructural characteristics were tested with micro-hardness tester, roughness tester and scanning electron microscope. Residual stress and pole figures were tested with X-ray diffraction and its high-temperature stability was analyzed. The experimental results show that surface micro-hardness increases by up to 30%, roughness increases to 0.37 lm, compressive residual stress increases to 337 MPa, and local texture and typical lamellar microstructure are generated. Residual stress, micro-hardness, and(002) pole figures tests are conducted, compressive residual stress value drops from 337 MPa to 260 MPa, hardness value drops from 377 HV_(0.2) to 343 HV_(0.2), and the(002)poles shift back to the center slightly. Laser peening improves microstructure and properties of Ti Al alloy significantly.     

TC4钛合金激光冲击强化数值模拟

采用连续显式动态冲击策略对航空用TC4钛合金进行激光冲击强化数值模拟研究.根据冲击波能量变化曲线确定单次冲击求解时间为3000ns,并分析了应力波传播过程.在此基础上开展多点冲击模拟,分析了功率密度、冲击次数和光斑搭接率对残余应力、应变场的影响.得出增加功率密度对增大表面残余压应力的效果更好;增加冲击次数对增大残余压应...     

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.      

激光冲击强化提高外物打伤钛合金模拟叶片高周疲劳性能

为指导钛合金叶片抗外物打伤激光冲击强化工艺设计,根据真实叶片叶型特征设计了刃口型模拟叶片,采用两种激光冲击强化工艺对模拟叶片进行预处理,并采用空气炮系统进行外物打伤模拟试验,最后通过疲劳试验和应力场预测进行疲劳性能影响规律及机理分析.试验结果表明:模拟叶片外物打伤后疲劳强度由518.45MPa降为290.72MPa,而...     

多点连续动态激光冲击强化残余应力场数值分析

为了提高激光冲击强化(LSP)数值模拟效率及计算精度,基于传统激光冲击仿真策略,提出了一种连续显式动态冲击仿真策略。使用显式动态分析完成多次冲击,再进行隐式静态分析得到稳定残余应力场;建立ABAQUS三维平板有限元模型,基于该策略研究了多次冲击后残余应力场的分布;Python后处理后,残余应力模拟值与测量值吻合较好。结果表明:当激光功率密度为1 GW/cm2时最大残余应力为-212.5 MPa,其测量均值为-216.7 MPa,误差为1.9%。激光功率密度从1 GW/cm2增加至4 GW/cm2,残余应力层深度由0.7 mm增加至1 mm。验证了该策略的准确性,在大幅度提高仿真效率的基础上有效地提高了模拟精度,为大型结构大面积激光冲击强化数值模拟提供了一种仿真思路。      

激光冲击强化提高压气机叶片疲劳性能研究

根据1Cr11Ni2W2MoV不锈钢材料性能,确定了激光冲击强化参数;并通过标准试片疲劳试验,验证了该参数条件下激光冲击强化提高不锈钢材料振动疲劳寿命的有效性.设计了不锈钢叶片振动疲劳试验,确定了叶片冲击强化部位和方式,对强化叶片进行了型面检查、一阶弯曲振动疲劳试验和强化机理研究.结果表明:激光冲击强化后的叶片各个截面尺寸在设计范围之内,强化后叶片的应力-循环次数(S-N)曲线往上移动,提高了叶片的疲劳强度,在660MPa应力水平下,叶片的振动中值疲劳寿命提高70%;激光冲击强化引起的残余应力和表层微观组织变化是疲劳强度提高的主要原因.      

表面完整性对FGH95合金高温疲劳性能的影响

金属构件的加工表面完整性状态对其整体疲劳性能具有显著影响。本工作研究了磨削、磨削+铸钢丸喷丸、磨削+陶瓷丸喷丸和磨削+复合喷丸4种表面加工集成方法对FGH95合金高周疲劳性能的影响规律。采用表面粗糙度仪、X射线残余应力测试仪和显微硬度计分别对不同复合加工方法试样的表面粗糙度、表面残余应力分布和硬度梯度等表面完整性参数进行了表征;采用旋转弯曲疲劳试验机测试了缺口(应力集中系数Kt=1.7)试样的旋转弯曲疲劳,研究不同表面完整性状态对缺口试样高温疲劳寿命的影响规律。结果表明:相对磨削,磨削+铸钢丸喷丸、磨削+陶瓷丸喷丸和磨削+复合喷丸三种方法均可显著提高试样的高温疲劳寿命;其中,磨削+复合喷丸方法获得了最优的表面残余应力场、硬度梯度、表面粗糙度和高温疲劳寿命增益效果。     

40CrNi2Si2MoVA钢机械加工与喷丸试样旋转弯曲疲劳寿命的预测方法

为了预测机械加工及喷丸强化后40CrNi2Si2MoVA钢试样在室温下的旋转弯曲疲劳寿命,结合商用有限元软件ABAQUS和疲劳寿命分析软件FE-SAFE对不同数值计算方法的适用性及准确性进行比较,提出了喷丸强化40CrNi2Si2MoVA钢的寿命预测经验公式。结果表明:对于机械加工试样,选择Brown-Miller算法和表面残余应力用于计算可获得比较准确的预测结果;对于喷丸强化试样,高应力水平下也可选用Brown-Miller算法及表面残余应力,而低应力水平下则应改用Stress-based Brown Miller算法及最大残余应力。基于上述两种方法提出的经验公式:σmax=–64.378·lgN+1449.268,可改善40CrNi2Si2MoVA钢喷丸强化试样疲劳寿命预测的准确性。     

激光冲击强化研究现状与展望

激光冲击强化是一种新型的表面改性技术,相比于传统的喷丸强化技术有诸多突出优势.对激光冲击强化技术原理进行分析,总结激光冲击强化技术的各个工艺参数,并对激光冲击强化后材料表层性能变化进行阐述.讨论激光冲击强化技术的发展与现状,并对该技术在未来的运用进行展望.     

铝锂合金喷丸强化数值模拟及试验

根据喷丸强化工艺过程的特点,利用ABAQUS有限元计算软件建立了模拟喷丸残余应力场的三维有限元模型.在此模型基础上研究了喷丸速度、弹丸直径及弹丸数量等因素对铝锂合金喷丸残余应力场的影响规律,进而对比了单弹丸模型、均布式阵列弹丸模型和随机弹丸模型下残余应力场的分布规律.采用X射线残余应力仪和电解抛光法得到喷丸强化后沿铝锂合金试件厚度方向的残余应力分布规律.残余应力层深度约为0.24mm,最大残余应力出现在距表面深度为0.08mm处,验证了有限元模型的有效性.      

高能机械加工表面纳米化40Cr钢组织结构与力学性能

利用超声高能机械加工处理工艺在40Cr钢表面制备了纳米晶表面层。采用SEM,TEM和纳米压痕技术等分析了表面纳米晶层的组织结构与力学性能。实验结果表明,表面是由分布均匀的纳米级铁素体和纳米级渗碳体晶粒构成的复合纳米结构,过渡区由纳米级的渗碳体晶粒和粗晶铁素体晶粒构成。表面平均晶粒尺寸为3nm。随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。表面硬度高达8GPa,为基体硬度的3倍,随着深度的增加,硬度迅速降低。表面层弹性模量为252GPa,与基体十分接近。     

热处理工艺对25CrNiWVA钢的组织和力学性能的影响

研究了一种新型低合金超高强度钢 2 5CrNiWVA经不同温度淬火和回火后的力学性能和微观组织的变化规律。结果发现 ,在 90 0～ 94 0℃淬火 ,340℃左右回火时 ,2 5CrNiWVA钢的组织为均匀细小的回火马氏体 ,其力学性能分别达到 :σb≥ 15 0 0MPa ,σ0 .2 ≥ 130 0MPa,δ5≥ 12 % ,ψ≥ 6 0 % ,Aku≥ 5 0J。 2 5CrNiWVA钢可以满足某些航空结构件高强度和高韧性的要求     

碳钢、低合金钢大气腐蚀数学模型研究

通过对碳钢、低合金钢长期大气腐蚀锈层生长历程的研究,利用Fick扩散定律,给出了碳钢、低合金钢大气腐蚀的数学模型。然后,用碳钢、低合金钢自然环境下暴露1,2,4,8,16年的腐蚀深度数据进行了验证,提出了碳钢、低合金钢腐蚀分为三个阶段的复合模型,并分别预测了三个阶段的腐蚀规律。第一阶段用线性规律比较合适;第二阶段采用了数学模型中的抛物线规律,拟合结果表明抛物线拟合精度高于传统的幂函数拟合的精度;第三阶段也用线性规律。     

TC17钛合金激光喷丸应力场及支持向量机应力热松弛模型

对TC17钛合金进行了不同功率密度下激光喷丸强化,使用X射线衍射仪测试了激光喷丸冲击波诱导的残余压应力场的分布,测试了不同温度真空保温下残余压应力的热松弛规律,最后基于支持向量机理论建立了残余压应力热松弛预测模型,并用试验结果对模型进行验证.研究表明:TC17钛合金在功率密度为4GW/cm2时表层残余压应力场最佳;残余压应力在280℃和450℃真空保温150min后分别有11.24%和27.11%的松弛;在280℃和450℃交替保温160min后应力松弛33.9%;残余压应力在试验温度保温160min后有大部分剩余,可以有效提高TC17钛合金抗疲劳性能、基于支持向量机的预测模型能够较精确的表征TC17钛合金的应力松弛规律,满足工程使用要求,对其他材料表层残余压应力热松弛分析具有借鉴意义.      

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 45Cr Ni Mo VA 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 s...     

超高强度钢立铣工件温度分析及对加工表面质量的影响

以航空难加工材料300M钢为研究对象,基于立铣加工中的工件温度判断在铣削加工中是否出现了金相组织转变,进而分析不同工况下影响加工表面质量的因素。首先,将移动热源法应用于铣削加工中,计算考虑后刀面磨损的立铣加工工件温度,实验表明,计算值与实验值相比误差在10%以内。然后,分析了工件温度在时间上与空间上的分布,以及不同刀具磨损和加工参数条件下工件表面的温升规律,据此预测加工表面是否出现了组织转变,并结合金相组织观察进一步确认。最后,依据加工表面质量物理层面残余应力和显微硬度的检测数据,初步探讨了各因素对表面质量的影响。结果表明,在研究的加工参数范围内,并未达到金相组织转变温度,表面质量主要受铣削热力作用下的剪切面塑性凸出效应、后刀面挤光效应和热效应的影响。     

低频电磁铸造超高强高韧铝合金元素晶内固溶度和力学性能研究

采用电磁细晶铸造技术,降低其频率,半连续铸造一种新的超高强高韧铝合金(10Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-余量Al),考察了低频电磁铸造与常规DC铸造组织、元素晶内固溶度和力学性能的区别,重点考察了电磁场频率和安匝数对铸锭元素晶内固溶度和力学性能的影响规律。结果表明,相对常规DC铸造,低频电磁铸造组织细小均匀等轴,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度增加,铸态维氏硬度、延伸率和拉伸强度增加。频率为15～25Hz和安匝数12800～16000AT时,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度最高,锭坯维氏硬度、延伸率和拉伸强度最大。其12mm的挤压棒材热处理后的拉伸强度极限为780MPa,延伸率大于8%。     

GH4169合金晶粒尺寸与持久性能的关联性

以GH4169合金大规格棒材为研究对象,结合棒材的加工过程,利用OM、FE-SEM、EBSD和TEM等手段分析了该合金不同晶粒尺寸试样的持久性能。结果表明:在长时高温应力作用下,不同晶粒尺寸试样呈现不同的持久性能和不同的晶粒取向演变规律。发生变形至断裂的位置,晶粒尺寸较小时,部分〈101〉取向明显转向〈001〉或〈111〉取向,加上宏观变形协调性较好,促使应力集中得到有效释放,表现出较好的塑性;但细晶试样中更多晶界带来的扩散蠕变对高温强度不利,裂纹也容易在与〈111〉硬取向晶粒接邻的晶界处形核并扩展,降低持久寿命;此外,细晶试样的变形程度较大,应变主要集中于晶界处,且大角度取向差的含量较多,这些位置容易萌生裂纹而使寿命降低。     

激光冲击中应力状态和显微组织变化对金属疲劳性能影响

从应力状态与显微组织的变化两个方面分析了激光冲击强化改善金属疲劳性能的机理.首先研究了残余应力的作用,认为激光冲击强化产生的残余压应力降低了零部件承受的平均应力水平.然后利用位错理论分析了金属经激光冲击强化引起的显微组织变化,认为激光冲击强化在材料表层产生了大量位错、晶界以及亚晶界等缺陷,这些缺陷阻碍了位错的移动,使金属得到强化.     

Investigation on surface roughness,residual stress and fatigue property of milling in-situ TiB2/7050Al metal matrix composites

For higher efficiency and precision manufacturing, more and more attentions are focused on the surface roughness and residual stress of machined parts to obtain a good fatigue life. At present, the in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites are widely researched due to its attractive properties such as low density, good wear resistance and improved strength. It is of great significance to investigate the machined surface roughness, residual stress and fatigue life for higher efficiency and precision manufacturing of this new kind material. In this study, the surface roughness including two-dimensional and three-dimensional roughness, residual stress and fatigue life of milling in-situ TiB₂/7050Al metal matrix composites were analyzed. It was found from comparative investigation that the three-dimensional surface roughness would be more appropriate to represent the machined surface profile of milling particle reinforced metal matrix composites. The cutting temperature played a great role on the residual stress. However, the effect of increasing cutting force could slow down the transformation from compressive stress to tensile stress under 270 °C. An exponential relationship between three-dimensional roughness and fatigue life was established and the main fracture mechanism was brittle fracture with observation of obvious shellfish veins, river pattern veins and wave shaped veins in fracture surface.