基于超声强化研磨加工的GH4099合金耐磨服役性能提升研究

GH4099合金具有优异的高温热稳定性、高温力学性能和高温抗蠕变性能,用于航空发动机涡轮盘和涡轮叶片的制造,常处于高温、重载、高频的工作环境,但因耐磨服役性能差导致其使用寿命较短。通过超声强化研磨加工技术对GH4099合金分别进行0、3、6、9 min的加工,实现其耐磨服役性能提升。采用超声强化研磨加工技术对GH4099合金板表面进行不同时间的加工处理,并对加工前后的截面显微硬度、金相组织以及表面形貌进行分析。同时,通过往复式摩擦磨损试验对加工前后的试样耐磨性能进行对比分析。研究结果表明:随着加工时间的增加,材料表面显微硬度逐渐增大,最大为432.83 HV,比未加工试样增加43.8%。当加工时间为6 min时,GH4099合金试样的摩擦系数为0.47,磨损率为5.78×10^(-14)m^(3)/(N·m),与未加工试样相比,分别降低24.2%、68.59%,表明超声强化研磨可有效提升GH4099合金耐磨服役性能。

射流冲击强化改性研磨对Cronidur30轴承钢耐摩擦腐蚀性能的影响

采用第四代射流冲击强化研磨机对Cronidur30轴承钢板进行不同加工时间的射流冲击强化改性研磨处理,在3.5%NaCl溶液中利用往复式摩擦磨损试验机对该钢板试样进行摩擦腐蚀试验;通过显微硬度计测量加工后试样截面的显微硬度;利用金相显微镜测量强化层厚度和观察磨痕的表面形貌。研究表明:射流冲击强化改性研磨处理后Cronidur30轴承钢板的表面粗糙度和显微硬度增大,晶粒细化,表面出现组织均匀的致密强化层;加工时间越长,钢板表面的显微硬度越高,表面强化层越厚;在相同的载荷条件下,射流冲击强化改性研磨加工时间越长,试样摩擦系数和磨损量越小,耐摩擦腐蚀性能越高。

强化改性研磨时间对12Cr17Mn6Ni5N钢表层特性及拉伸性能的影响

目的提高12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性及拉伸性能。方法采用单一变量法控制强化改性研磨加工时间,在12Cr17Mn6Ni5N钢表面进行强化改性研磨处理。进行了室温拉伸试验,绘制各样品的应力-应变曲线图,并通过扫描电镜拍摄距离表面30、100、170μm深度附近的断口形貌,分析表层的断裂机理。进一步分析各样品的表面线粗糙度、表层三维形貌、表面微观形貌、强化层厚度、截面显微硬度和表面残余应力。结果与母材相比加工时间从1 min增加至3 min,12Cr17Mn6Ni5N钢表面微观织构越多,拉伸方向和沿焊缝方向的表面粗糙度分别提高到Ra=1.81μm、Ra=1.46μm,三维形貌高度差先增加到34.82μm后减少为31.75μm,表层显微硬度最多提高了104.60%,残余应力提高到–1221.3 MPa,强化层最厚为160μm。在相同的载荷条件下,加工时间为3 min的样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了15.89%和10.17%。在深度30μm附近,加工时间为3 min的样品的断口形貌出现少量韧窝,其他样品都为脆性断裂,其中母材样品为全解离脆性断裂;深度100μm附近,母材样品仍为脆性断裂,加工时间为1 min和2 min的样品都为混合断裂,加工时间为3 min的样品为韧性断裂且出现较深的大韧窝和深韧窝。结论强化改性研磨可以有效改善12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性,获得高硬度、高残余应力和组织致密的厚强化层,进而提高屈服强度和抗拉强度。

基于超声强化改性研磨时长的AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金组织和力学性能影响研究

为提高室温下AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金(EHEAs)的极限拉伸强度和延展性,通过光镜观察截面显微组织、维氏显微硬度计测量截面显微硬度、白光干涉仪分析表面三维形貌、拉伸试验机进行室温单轴拉伸试验,并绘制工程应力-应变曲线,利用扫描电镜分析断口形貌等仪器研究在不同时长(3、6、9 min)超声强化改性研磨(USG)处理下AlCoCrFeNi_(2.1)EHEAs显微组织和性能的变化规律。结果表明:与母材相比,超声强化改性研磨使AlCoCrFeNi_(2.1)EHEAs由外表至芯部形成厚度最高约120μm的强化层,表面三维形貌先增加到1.987μm后减少至1.490μm,表层显微硬度最高提升了30.40%,极限拉伸强度最高提升了25%,延展性最高提升至15.04%,且母材表层断口形貌特征为韧性断裂,经超声强化改性研磨处理后样件断口形貌特征均为韧-脆混合型断裂。可得结论:超声强化改性研磨可以有效提高AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金的表层硬度和晶粒细化的强化层,从而协同提高其极限拉伸强度和延展性。

钢球强化研磨加工时间对GCr15钢球耐磨性的影响

为提高GCr15钢球表面的耐磨性能,将GCr15钢球、硬质球、研磨粉及研磨液混合进行钢球强化研磨加工。通过采用光学金相显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计分别检测GCr15钢球的截面显微组织、晶粒尺寸及维氏显微硬度,再通过摩擦磨损试验机对不同钢球强化研磨加工时间的GCr15钢球进行摩擦磨损试验,分析其平均摩擦系数、磨损量及磨痕宽度,研究钢球强化研磨加工时间对GCr15钢球表面耐磨性能的影响。结果表明,在其它加工工艺参数保持不变的情况下,钢球强化研磨加工时间由30 min增加至90 min时,其表层强化层厚度增加,晶粒细化程度逐渐增大,维氏显微硬度提高,使其耐磨性能增强。

强化研磨加工中喷射角度对GCr15轴承钢耐摩擦腐蚀性能的影响

研究不同喷射角度下强化研磨处理GCr15轴承钢板表面耐摩擦腐蚀性的影响。通过改变强化研磨喷射角度,在3.5%NaCl中进行摩擦磨损实验,测试其耐摩擦腐蚀性能。并对试样进行金相组织、SEM、显微硬度、质量磨损和表面磨痕分析。在不同喷射角度下的摩擦腐蚀试验下,磨损量分别为0.0925 g、0.0533 g、0.0247 g,低于未处理的试样(0.1311 g),其表面磨痕宽度分别为491.9μm、346.8μm、323.2μm,比未处理的试样低(545.9μm),但是其表面粗糙度分别为Ra0.545μm、Ra0.598μm、Ra0.618μm,比未处理的试样高(0.481μm)。当喷射角度由30°增加至90°时,其质量磨损量下降72%,表面磨痕宽度下降41%,表面粗糙度上升18%,强化层厚度增加55%,当喷射角度为90°时,试样的显微硬度最高(HV895.4)。由此得出结论:不同喷射角度下强化研磨加工处理GCr15轴承钢板后,材料表层虽然粗糙度有所提升,但是组织尺寸变小、硬度提高、出现组织均匀的致密强化层,在综合条件下材料的耐摩擦腐蚀性能得到提高。

钢珠损伤对轴承套圈强化研磨加工表面粗糙度和硬度的影响

目的探索在强化研磨加工中,钢珠损伤对轴承套圈表面粗糙度和硬度的影响规律。方法采用单一变量法改变钢珠循环使用次数,分别对11个轴承套圈工件进行强化研磨加工实验。采用场发射扫描电子显微镜、粗糙度测量仪和洛氏硬度计分别检测所得钢珠和工件试样的表面微观形貌、表面粗糙度、表面硬度以及横截面形貌,并分析钢珠损伤与工件试样表面粗糙度、硬度的关系。结果在工艺条件保持不变的前提下,随着循环使用次数的增加,钢珠表面由微点蚀向翘起及疏松损伤演化,加工所得工件表面粗糙度和硬度增量也随之下降。循环使用150次以内,钢珠表面损伤以微点蚀为主,损伤程度较轻微,加工所得工件强化层厚度在50μm以上,表面平均粗糙度为1.2～1.6μm,表面平均硬度增量为1～1.3HRC。循环超过150次后,钢珠表面由翘起微颗粒和薄片向疏松表层缺陷演化,损伤程度加重,加工所得工件强化层厚度低于50μm,表面平均粗糙度下降至1.0μm,表面硬度增量则在0.06～0.6HRC之间。结论本研究实验条件下,钢珠循环使用次数不宜超过150次,否则将导致加工所得工件的表面粗糙度和硬度增量显著下降。

轴承套圈沟道强化研磨加工速度优化研究(英文)

为优化强化研磨加工工艺,采用Workbench Explicit Dynamics软件的有限元数值模拟模块对轴承套圈沟道强化研磨加工的撞击速度进行优化分析,提出了强化研磨加工的最优撞击速度,并通过强化研磨加工实验对最优撞击速度进行验证。结果表明:以最优的撞击速度对轴承套圈沟道进行强化研磨加工能够提高工件表面硬度,尤其是获取大量有利于提高其耐磨性能及延长其疲劳寿命的微观油囊结构层。

强化研磨微纳加工参数对轴承套圈滚道表面硬度的影响

目的探明不同加工参数对加工表面平均硬度的影响规律。方法用强化研磨微纳加工技术对6012深沟球轴承内圈滚道表面进行强化处理,通过设置不同的喷射压力、加工时间、喷射角度及钢珠配比获得加工试样。采用洛氏硬度计分别检测加工前后套圈滚道表面硬度,并分析其随各参数变化的规律。结果加工时间为5 min,喷射角度为45°,喷射压力为0.4~0.6 MPa时,表面硬度随喷射压力的增大而增大,0.6 MPa后维持在HRC61.60附近;喷射压力为0.6 MPa,喷射角度为45°,加工时间为1~5 min时,表面硬度及其增量随时间增加而增大,其后在HRC61.50附近徘徊;喷射压力为0.6 MPa,加工时间为5 min,喷射角度为35°~55°时,试样表面硬度及其增量先减小后增大,喷射角度达50°后,表面硬度达最大值HRC63.45;钢珠配比则对试样表面硬度影响不大,加工所得试样在HRC61.67~HRC61.80之间。结论试样表面硬度及其增量随喷射压力、加工时间及喷射角度的增加而增加,且受加工时间影响最大。当加工时间为5 min,喷射压力为0.6 MPa,喷射角度为50°时,可获得较高的平均表面硬度。

强化研磨加工中喷射时间对钢球磨损的影响

通过理论与试验结合研究强化研磨加工过程,喷射时间对强化研磨料中的钢球磨损的影响。通过钢球表面SEM放大图观察其表面形貌,通过分析钢球表面粗糙度的变化间接分析钢球表面的磨损程度。试验研究表明:在设定的试验条件下,强化研磨加工22 min后则需更换强化研磨料中的钢球,否则会造成已磨损的钢球对工件表面刮伤,产生不利的影响。

研磨料配比对GCr15轴承钢球硬度影响规律实验研究

为了探究离心式钢球强化研磨加工中研磨料配比对GCr15轴承钢球硬度的影响规律,得到最佳研磨料配比,通过进行不同研磨料配比的钢球强化研磨试验,并从GCr15轴承钢球的3D形貌、表面粗糙度、微织构深度、强化层厚度、马氏体含量、晶粒尺寸和位错密度等多个维度分析了强化研磨料配比对钢球硬度的影响规律。结果表明:不同的研磨料配比,钢球的硬度都与表面粗糙度、微织构深度、强化层厚度、马氏体含量和位错密度呈正相关,与晶粒尺寸呈负相关;研磨料配比太低会减少研磨均匀撞击,太高会减缓研磨冲击,都不利于钢球的强化加工;当研磨料配比为1%,钢球强化效果最好,表层硬度也最高。

强化研磨时间对GCr15轴承钢干摩擦性能的影响

为研究不同强化研磨加工时间下GCr15轴承钢的干摩擦性能,首先采用强化研磨机对GCr15轴承钢板进行不同喷射时间的强化研磨加工,采用显微硬度计测量了不同强化研磨时间下样品的截面显微硬度;利用超景深显微镜观察了强化层的厚度和磨痕的表面形貌;利用往复式摩擦磨损实验机对不同强化研磨时间下的GCr15轴承钢样品进行40 N和80 N载荷下的干摩擦磨损实验。研究结果表明:随着强化研磨加工时间的增加,材料表面的显微硬度逐渐增大;表面强化层的厚度与加工时间成正比;样品的摩擦系数和磨损量与强化研磨加工时间成反比。在相同载荷条件下,强化研磨加工时间越长,轴承钢的干摩擦系数越低,磨损量越小,干摩擦性能越好。

强化研磨喷射压力对GCr15轴承钢应力腐蚀性能的影响

为研究GCr15轴承钢在腐蚀环境与应力联合作用下的失效行为及强化研磨对其应力腐蚀性能的影响,以喷射压力为参数变量,对强化研磨加工后的试样材料在NaCl溶液中进行慢应变速率拉伸实验,并对其断口进行SEM形貌观测,分析不同喷射压力加工后试样应力腐蚀敏感性。结果表明:空白组应力腐蚀敏感性为0.28,经不同喷射压力加工后分别为0.241、0.212、0.177、0.145、0.131,表现出随着喷射压力增大而减小的趋势;其中强化研磨加工后试样损失力学性能程度降低,喷射压力为0.8 MPa时损失的力学性能最少,抗拉强度降低171.8 MPa,延伸率减少0.8%;GCr15轴承钢发生应力腐蚀断裂的类型为沿晶断裂。与空白组相比,加工后试样断口形貌中准解理平面数量减少,韧窝数量增多,脆化程度降低。强化研磨加工后在材料表层引入残余压应力,晶粒细化形成致密强化层,缓解应力集中并阻碍裂纹的萌生扩展,导致腐蚀介质难以侵入基体产生腐蚀。因此GCr15轴承钢材料应力腐蚀抗性在机械应力强化和微观组织强化共同作用下得到综合提升。

强化研磨对GCr15轴承钢耐蚀性的影响

通过改变强化研磨喷射角度对GCr15轴承钢进行加工,并开展盐雾腐蚀试验,结合腐蚀动力学曲线、傅里叶红外光谱图、腐蚀微观形貌图、三维形貌图进行腐蚀机理分析。结果表明:盐雾腐蚀试验后强化研磨试样得到的n=0.7238,且腐蚀产物中γ-FeOOH的占比较低,表明强化研磨试样腐蚀产物层对基体材料的保护性能更好;随着强化研磨喷射角度的增加,试样耐蚀性能变好,试样表面逐渐由均匀腐蚀转化为边缘点蚀,试样的腐蚀速率逐渐降低;强化研磨喷射角度为90°时,GCr15轴承钢腐蚀速率为0.0604 mm/a,耐蚀等级为5,腐蚀速率远低于未强化研磨试样,表明强化研磨加工可使工件具有较好的耐蚀性。

强化研磨微纳加工残余应力的数值模拟分析

为了探究强化研磨微纳加工中磨粒喷射速度和喷射角度对残余应力场分布的影响,采用ABAQUS有限元分析软件进行数值模拟,建立了表面覆盖为100%的单颗粒磨粒撞击GCr15轴承钢靶材的模型。利用单一控制变量的方法对比了不同速度和不同角度下仿真模拟靶材表面残余应力的大小以及残余应力层深。研究结果表明,强化研磨微纳加工可以在靶材引入0.09~0.143 mm的残余应力层,最大残余压应力和表面残余压应力值具有一定的正相关性,在喷射角度为5π/12和喷射速度在60 m/s的组合工艺参数下,可以获得最大残余应力。

轴承研磨机加工流场的参数优化及实验分析

为了探索研磨机研磨流场的较优加工参数，应用FLUENT对不同压力入口以及同一压力入口下不同入口磨料流气相百分比的加工流场进行了数值模拟，对参数优化后的研磨机进行实验研究。模拟结果表明：当入口压力在0．3～0．8MPa时，流场存在较优工作压力，速度下降值较小，有利于磨削加工；当入口压力超过0．8MPa时，随着入口压力的增加，速度下降值也会增大，动能损失变大，所以在加工时，尽量保持入口压力小于0．8MPa，提高研磨机效率；相同入口压力下，彦料流气相百分比的增加，也会导致流场速度突变的状况，降低磨料流气相的百分比可以提高研磨机效率。实验结果表明：优化加工参数后能获得较好的工件金属表面效果。

强化研磨对轴承套圈表面耐蚀性的影响

目的探明强化研磨加工对轴承套圈表面耐蚀性的影响规律。方法采用单一变量法改变强化研磨加工中的喷射压力,制备不同加工工艺的试样。通过电化学腐蚀实验,测试各试样在常温Na Cl溶液环境下的耐蚀性,并记录相关数据。采用光学金相显微镜、维氏硬度计、X射线衍射仪分别检测试样的显微组织、显微硬度、晶粒尺寸及位错密度,并进一步分析金相组织、显微硬度与轴承套圈耐蚀性的关系。结果在其他加工参数保持不变的前提下,强化研磨试样腐蚀速率分别为13.40、10.83、7.50mm/a,明显低于未加工试样(18.24mm/a)。同时,试样表层组织均匀性、强化层厚度、位错密度及显微硬度均随喷射压力的增加而增加,晶粒尺寸则随之减小。喷射压力由0.50 MPa增加至0.70 MPa时,腐蚀速率下降50%,强化层厚度则由42μm增加至78μm,晶粒尺寸由6.72μm近似线性减小至3.04μm,位错密度由14.49×10^(14) m^(–2)近似线性增加至71.09×10^(14) m^(–2)。而截面显微硬度随深度的变化曲线则呈交错状态。在距加工表面30μm和90^110μm处,0.60MPa加工所得试样显微硬度最高,且最大硬化层厚度达110μm。结论强化研磨加工技术可使轴承套圈获得组织均匀、硬度高、位错密度大、晶粒尺寸小的致密强化表层,进而增强其表面耐蚀性。

基于随机碰撞的GCr15钢强化研磨表面粗糙度数值模拟

目的探索强化研磨工艺参数对表面粗糙度的影响规律。方法采用小球均布大球模型来模拟研磨粉附着在钢珠表面对工件的强化作用,基于Abaqus/Python建立强化研磨随机碰撞有限元模型,设置不同喷射速度、喷射角度、钢珠直径、喷射时间等工艺参数进行仿真模拟。运用Matlab提取靶材表面形貌,并基于此形貌,沿4种不同路径计算表面粗糙度,分析不同参数下表面粗糙度的变化规律。结果随喷射时间的增加,强化研磨表面粗糙度先增加,后趋于稳定。喷射角度θ为90°,钢珠直径D为0.8mm,喷射速度v分别为30、50、70 m/s条件下,随着喷射时间的增加,表面粗糙度增加至稳定后,分别在1~1.2、1.7~1.9、2~2.5μm波动;喷射速度v为50 m/s,钢珠直径D为0.8mm,喷射角度θ分别为30°、60°、90°条件下,随着喷射时间的增加,表面粗糙度增加至稳定后,分别在1.1~1.3、1.5~1.7、1.7~1.9μm波动;喷射速度v为50 m/s,喷射角度θ为90°,钢珠直径D分别为0.4、0.8、1.2 mm条件下,随着喷射时间的增加,表面粗糙度增加至稳定后,分别在0.7~0.8、1.7~1.9、2.4~2.6μm波动。经过试验验证,发现试验结果与仿真结果平均误差为8.15%。结论强化研磨随机碰撞有限元模型能可靠预测强化研磨工艺下工件的表面粗糙度,可为后续研究提供理论基础。

基于正交实验的空调换热器流场模拟及性能分析

文章运用Fluent软件对空调中换热器气态流场进行数值模拟分析.在进行计算网格划分以及建立控制方程基础上,对其温度场、速度场、压力场等关键性能要素进行数值模拟及过程实验.通过正交实验获得复杂流场性能的动态描述,有利于对其性能参数的数值分布及演变进程提出量化机理方案.该研究为后续开展的空调换热器性能以及结构参数优化提供了理论基础和数据准备.

轴承钢丸直径配比对强化研磨内圈沟道面硬度及形貌的影响

为研究强化研磨加工过程中轴承钢丸在不同直径的组合配比条件下对轴承内圈沟道面硬度的影响,通过理论与试验结合研究分析了钢丸法向碰撞内圈表面的过程,同时采用了扫描电子显微镜(SEM)观察内圈沟道面形貌的变化,并通过激光共聚焦显微镜与洛氏硬度计检测了其加工前后的表面粗糙度与硬度。研究结果表明:在试验所设定的工艺参数条件下,使用直径为2、3 mm的钢丸组合配可大大提高沟道面硬度,强化效果最佳,更能保证强化研磨加工质量。