磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响

为研究后混合磨料水射流喷丸对渗碳后GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响规律,利用X射线应力衍射仪、粗糙度仪、显微硬度仪、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析了水射流喷丸强化对试样表面残余应力场、粗糙度、硬度、形貌、组织的变化规律,并用升降法测定了抛光及抛光+水喷丸两种状态下渗碳GDL-1钢拉压疲劳性能。结果表明:试样经水喷丸处理后,表面粗糙度有所增加,并且有磨料撞击形成的小凹坑及在表面残留有玻璃磨料,但同时表层脱碳层大部分被去除,硬度得到显著提升、残留奥氏体含量降低,晶粒得到细化,并且在表面形成一定深度的残余压应力层。经水喷丸处理的试样,其较未经水喷丸的疲劳极限提高了19%,且疲劳源全部在远离表面接近1/2R位置形成,这说明水射流喷丸在表层产生的高残余压应力和晶粒细化可以显著提高渗碳钢的疲劳性能。

磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面性能及残余应力场热松弛行为研究

采用后混合磨料水射流喷丸对经渗碳风冷后的GDL-1钢进行表面强化与改性,通过激光共聚焦显微镜,扫描电镜,透射电镜,显微硬度仪,X射线应力衍射仪分析不同压力水喷后试样表面粗糙度、组织、硬度和残余应力等的变化规律,并研究300 MPa水喷处理后不同保温温度和保温时间残余应力场的热松弛行为。结果表明:随着水压的增加,表面粗糙度增大、残留奥氏体转变量增多、硬度提高幅度变大,水喷后,晶粒和组织得到明显细化,并且在表层形成一定深度的残余压应力场。残余应力的热松弛主要受保温时间和温度的影响,在100℃和300℃时,残余应力的热松弛受回复过程控制,500℃时,残余应力热松弛受回复和再结晶过程控制。表面残余应力在回复过程中存在两个阶段,初始阶段应力松弛速度快,以点缺陷回复为主,后一阶段松弛速率慢,以位错回复为主,并进一步研究指出Zener-Wert-Avrami方程并不适合描述整个回复过程。

磨料水射流喷丸强化3D打印TC4表面残余应力分布规律研究

针对磨料水射流喷丸强化3D打印TC4材料表面,通过拉伸试验研究了其在准静态状态下的力学行为规律,获得其屈服强度为648.7MPa、应变强化系数为288.7MPa以及参考应变率为0.36的Johnson-Cook本构模型。采用ABAQUS数值模拟软件分析发现,磨料水射流钢丸速度为10.7~20.2m/s时,3D打印TC4材料的最大残余压应力为-191~-284MPa,喷丸速度与材料残余压应力表层厚度成正比。通过试验验证表明,3D打印TC4材料残余应力模拟结果与试验结果吻合,可为工程应用提供可靠数据依据。

复合表面改性对M50NiL钢拉压疲劳寿命的影响

为提高M50NiL钢的疲劳性能,在对M50NiL钢进行渗碳处理的基础上,分别进行单一磨料水射流喷丸、磨料水射流喷丸+表面超声滚压复合表面改性处理试验,研究表面形貌、表面粗糙度、残余应力场、表层硬度和疲劳寿命的关系。研究结果表明:与单一磨料水射流喷丸处理相比,复合表面改性处理可提高试样表面完整性。在表面形貌方面,复合表面改性处理试样获得了更完整的表面形貌,表面粗糙度降低了80%以上;在残余应力方面,复合表面改性处理试样最大残余压应力和最大残余应力场深度均大幅提升,表面残余压应力绝对值从870 MPa提升至1398 MPa,残余应力场深度从400μm提升到600μm;在硬度方面,复合表面改性处理试样获得了较高的硬度。在单一磨料水射流喷丸处理的基础上,复合表面改性处理进一步提升了渗碳M50NiL钢的疲劳寿命,在最大应力水平σ_(max)=800 MPa,应力比R=−1条件下,其拉压疲劳寿命较渗碳处理试样的疲劳寿命提高48.6倍,较单一磨料水射流喷丸处理试样的疲劳寿命提高1.1倍。复合表面改性处理试样疲劳寿命提升是残余压应力场、表面硬化及表面形貌改善的综合作用。