超声表面滚压工艺影响镍基690合金冲-切磨损行为的研究

通过超声表面滚压技术(USRP)改善镍基690合金表面的粗糙度和硬化层,并探究该工艺对其冲-切磨损行为的影响机理.首先,采用USRP对镍基690合金表面进行强化处理,然后,基于可控能量式冲-切磨损试验装置,探究镍基690合金强化前后在不同冲-切变量下其磨损界面的动态响应行为与损伤机理.得出了USRP工艺可有效降低磨损界面的摩擦力和摩擦系数,降低冲切能耗,进而减少材料的磨损程度,此外,冲击或切向滑动速度的增加均会导致磨损界面所受冲击力和摩擦力的增大,并降低动能吸收率.

超声表面滚压工艺对固溶态ZK60镁合金硬度梯度及显微组织的影响

采用超声表面滚压工艺,通过粗糙度测试、显微组织观察、硬度测试等方法,研究了不同滚压静压力和滚压道次对固溶态ZK60镁合金硬度梯度及显微组织的影响。结果表明:固溶态ZK60镁合金材料通过超声滚压后,样品获得了显微梯度组织和对应的梯度硬度变化;随着超声滚压的静压力(150、250、350 N)和滚压道次(6、9、12、15和18)的不断增大,样品的表层显微硬度值与梯度强化层深度也随之增大,表层的晶粒得到一定程度的细化;同时,表层显微组织形成的流变层更加明显,样品的表面完整性更好,样品的粗造度值最小为Ra=0.135μm,表层硬度值最大为130 HV。

某型机车车轴圆周表面滚压加工工艺开发

该型机车是我公司为国外特别设计并执行ГОСТ标准的新型内燃机车,其车轴与国内常见内燃机车车轴滚压技术要求不同。要求同时满足滚压硬化表面硬度的增加量不小于20%和有较高硬度的金属层深度不小于0.02d。对此,本文针对该车轴进行工艺分析及开发,基于公司内现有设备及工具、工装,通过工艺试验的验证,使得产品最终满足图纸要求。

基于纳米压痕实验的超声表面滚压镁合金本构参数反演分析

本研究对AZ31B镁合金进行超声表面滚压处理,获得在厚度方向具有细晶层的镁合金板并表征其截面的微观结构;通过纳米压痕实验获得了镁合金截面不同位置的力学性能。将ABAQUS有限元软件与Isight软件相结合,反演得出镁合金测量层简化J-C本构方程参数;对细晶层的力-位移曲线进行有限元计算,探讨了残余应力对镁合金力学性能的影响。结果表明:通过超声表面滚压处理后,试样截面方向形成厚度约为80.68μm的细晶层;截面方向上距镁合金表面越近,镁合金的弹性模量、硬度、残余压应力越大,滚压头的平均位移越小;有限元计算得出镁合金细晶层的残余应力对镁合金塑性性能的提高起到重要作用。通过分析超声表面滚压后AZ31B镁合金的力学性能,对其应用提供了一定的参考和依据。

表面滚压处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响

表面强化可提高高速列车车轴疲劳性能,延长使用寿命。对广泛应用于高速列车的EA4T车轴钢表面进行滚压处理,使用激光共聚焦显微镜表征表面形貌和粗糙度;借助光学显微镜分析滚压处理前后试样的显微组织,并采用EBSD测试滚压试样表层晶粒尺寸;采用显微硬度计测试强化层显微硬度分布并与未处理试样进行对比,采用X射线衍射残余应力分析仪分析其残余应力分布;基于旋转弯曲疲劳试验和扫描电子显微镜下的断口观测分析试样的疲劳性能。研究结果显示:滚压强化后,试样表层发生塑性变形,表面质量得到改善,且形成厚度约为400μm的硬化层,表层产生纳米晶;显微硬度提高了29%,表面最大残余应力为-576MPa,试样显微硬度和残余应力变化趋势一致,均为从表面向心部减小;滚压试样疲劳强度增幅为28%。试验结果表明,滚压是车轴延长寿命的一种有效方式。

40Cr超声表面滚压加工纳米化

采用超声表面滚压(Ultrasonic surface rolling extrusion,USRE)加工方法对调质态40Cr轴进行处理。通过对处理表层进行微观结构观察发现:该加工方法既可以使表层纳米晶粒细化至3～7nm,还可以使表面粗糙度水平降至0.05μm;USRE样品表面附近区域形成了厚度约为200μm的流变组织,且晶粒尺寸沿厚度方向呈现梯度分布。力学性能测试证明:USRE试件表面显微硬度提高了63%,表面残余应力最高为-846MPa,压缩应力层深度可达1mm以上。摩擦磨损对比试验表明:USRE方法能够降低金属表面摩擦因数,提高其抗磨损性能。

超声表面滚压加工参数对40Cr表面粗糙度的影响

研究了超声表面滚压加工各种加工参数对供货态40Cr轴表面粗糙度的影响.采用表面粗糙度分析仪对初始及加工表面进行测定,并使用显微硬度计测量该技术对40Cr表层沿深度方向的硬化作用.试验结果表明:超声表面滚压加工技术能显著降低车削的加工痕迹,改善金属材料的表面质量;各工艺参数对试样表面粗糙度均有一定影响,并产生不同程度的表层硬化作用;并且给出了各工艺参数的合理范围,试样的表面粗糙度值可降低至0.2.μm以下.

超声表面滚压加工40Cr表层的纳米力学性能

研究了超声表面滚压加工40Cr表层的力学性能.采用纳米压痕实验测定了表层的弹性模量、纳米硬度和残余应力.实验结果表明:经过超声表面滚压后,40Cr表层的弹性模量和硬度都得到显著提高,最大值均位于表面,往复加工3遍的表面弹性模量和硬度分别为217.16,GPa和3.588,GPa,加工6遍的表面弹性模量和硬度分别为224.8,GPa和3.857,GPa;同时表层获得一定数值的残余压应力,最大值位于表面并随着加工遍数的增加而增大.对比实验结果发现往复加工次数对表层的力学性能有重要的影响.

超声表面滚压处理铝合金钻杆的高温摩擦学性能

为了提高铝合金钻杆的耐磨性,利用超声表面滚压技术(USRP)对2219铝合金钻杆材料进行表面强化处理。采用透射电子显微镜(TEM)表征了USRP处理后铝合金的晶粒大小,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计测量了强化层的微观形貌、相组成和显微硬度,并利用高温摩擦磨损试验机评价了试样的摩擦学性能,对磨副为玛瑙球。结果表明,经USRP处理后2219铝合金表面形成了纳米晶和厚度约500μm的塑性强化层,表面硬度由120 HV0.05提高至190 HV0.05。随着摩擦磨损试验温度的升高,未处理试样和USRP试样的平均摩擦因数和磨损率都逐渐增大。在相同试验温度下,USRP试样的平均摩擦因数和磨损率均小于未处理试样的。未处理试样和USRP试样的磨损机制主要是黏着磨损和磨粒磨损。

超声表面滚压改善45~#钢表层特性及疲劳性能的研究

目的研究超声表面滚压处理(Ultrasonic Surface Rolling Process,USRP)对45#钢表层特性及疲劳性能的影响。方法利用超声表面滚压设备处理45#钢,观察分析处理前后试样的表层特征、状态、微观结构,采用旋转弯曲疲劳试验研究试样疲劳性能,通过升降法测取疲劳极限值。结果 USRP处理后,试样表面形貌显著改善,表面粗糙度由之前的3.2μm降低到0.23μm,显微组织细化,晶粒取向趋于随机分布,表层显微硬度相比心部提高56%左右,强化层厚度可达400μm,残余压应力由-180 MPa提高到-532 MPa,疲劳极限值由296 MPa提高到403 MPa。结论通过USRP处理,试样的表层特性及表面性能得到强化改善。疲劳性能的提高主要归因于USRP处理使材料表面粗糙度降低,晶粒细化,显微硬度与残余压应力提高。

X80钢超声表面滚压加工残余应力场的有限元模拟

建立了超声表面滚压加工(USRP)的接触分析模型,模拟了X80钢的USRP过程,分析了等效塑性应变和残余应力的分布,并将残余应力的模拟结果与实测结果进行比较。结果表明:X80钢经USRP处理后表层发生了剧烈的塑性变形,并产生了残余压应力;随着距表面的深度增大,表层的残余压应力逐渐减小,并转变为残余拉应力;残余压应力峰值和残余压应力层厚度随位移载荷增大而增大;X80钢表面残余应力的模拟结果的与实测结果的误差约为4.8%,验证了模型的可靠性。

超声表面滚压处理对45钢摩擦学性能的影响及机理

采用超声表面滚压处理(USRP)技术对45钢表面进行强化处理,通过表面形貌和表层显微组织观察、表面粗糙度和摩擦磨损性能测试,研究了USRP对该钢摩擦学性能的影响及机理。结果表明:USRP试样的表面粗糙度由未处理试样的3.2μm降低到0.23μm;显微组织得到了细化,晶粒取向趋于随机分布,有大角度晶界出现;表面显微硬度比未处理试样的提高约56%,强化层厚度达到400μm;USRP试样的摩擦因数小于未处理试样的,磨损量为未处理试样的1/4;未处理试样磨损过程中表面材料呈"片块状"脱落,磨损机制为黏着磨损,USRP试样磨损表面上存在犁皱形成的沟槽,磨损机制为磨粒磨损。

粉末冶金件表面滚压塑性变形强化过程的数值模拟

针对粉末冶金件的表面滚压强化工艺,结合粉末冶金材料的塑性理论,运用MSC.Marc有限元软件,通过正确建立有限元模型,比较分析了不同进给量、滚压转速和摩擦系数对相对密度分布的影响及变化规律。结果表明,表面滚压可以有效提高粉末冶金件的表面区密度。适当提高进给量、滚压转速和摩擦系数,将有利于相对密度的提高。在工艺设计中应按实际加工条件和保证表面质量的前提下,适当选择这些工艺参数。同时,所述建模与模拟方法为粉末冶金材料的数值模拟提供了一种合理的研究思路。

超声表面滚压对管线钢裂纹尖端应力场的影响

建立含裂纹缺陷四点弯和超声表面滚压加工的耦合三维有限元模型,使用有限元软件ABAQUS模拟了四点弯及超声表面滚压加工过程.分析了超声滚压加工前后四点弯试样三维静态裂纹的张开角度、位移、裂纹尖端应力场和J积分变化规律,讨论了超声表面滚压加工抑制裂纹扩展的机理.结果表明,超声滚压处理后,四点弯试样表层裂纹发生闭合,内部裂纹张开角度和位移明显小于未进行超声滚压处理的试样;USRP处理后裂纹尖端的拉应力降低,且距离超过裂纹尖端0.06 mm的应力由拉应力转变为压应力;USRP处理的位置处J积分数值显著减小,裂纹扩展倾向降低.

超声表面滚压加工对20CrMoH钢摩擦磨损性能的影响

目的提高20CrMoH钢的耐磨性能。方法设置不同的超声滚压力(700、1000、1300 N)与次数(3、6次),对20CrMoH钢进行超声表面滚压加工。采用扫描电子显微镜、粗糙度测量仪、光学显微镜、显微硬度测量仪、X射线应力分析仪、端面型滑动磨损试验机和3D形貌仪等设备,分别对加工前后试样的表面形貌、粗糙度、金相组织、显微硬度、表面残余压应力和摩擦磨损等性能进行对比分析。结果经过超声表面滚压加工的试样,与未处理试样相比,在各项性能上都有较大的提升。表面形貌更加光整,粗糙度Ra从0.82μm下降至0.331μm;表面显微硬度从760HV_(0.2)提高到856HV_(0.2),提升了12.63%;表面残余压应力从–286 MPa提高到–565 MPa;磨损机制从未处理试样的以磨粒磨损和疲劳磨损为主转变为以磨粒磨损和氧化磨损为主。试样在1000 N的作用力下进行6次超声滚压加工后,材料的耐磨性能最好,与未处理试样相比,稳态平均摩擦系数大幅下降,磨损体积从2.29 mm^(3)减小到0.74 mm^(3),减小了67.69%。结论超声表面滚压加工能有效改善20CrMoH钢试样的表面质量,细化表层晶粒组织,增加表面硬度与表面残余压应力,显著提升材料的耐磨性能。

超声表面滚压处理对AZ31B镁合金组织和性能的影响

目的研究AZ31B镁合金在超声表面滚压处理后,表面微观结构、显微硬度和表面粗糙度的变化及其在拉伸试验过程中对AZ31B镁合金内部组织的影响。方法利用超声表面滚压处理在AZ31B镁合金表面制备梯度变形层。利用X射线衍射仪、EBSD、显微硬度仪和表面粗糙度仪,分析试样表面的微观结构、显微硬度和表面粗糙度。对超声表面滚压处理前后试样进行拉伸试验,分析其拉伸性能和微观组织变形。结果经过9道超声表面滚压处理后,样品表层形成了厚约600μm的变形层。变形层组织呈梯度分布,分别为超细晶粒层、细粒过渡层和母材组织。随着与试样表面距离的增加,试样表面的显微硬度值为84~52HV10g。USRP试样的表面粗糙度Ra达到0.140μm。在拉伸过程中,相对于母材,超声表面滚压处理试样微观组织的变化量较少。结论相对于未处理试样,超声表面滚压处理试样的屈服强度提高了28%,显微硬度提高了40%,表面粗糙度降低了96.4%。同时,超声表面滚压处理在镁合金试样表层形成的梯度结构,在拉伸过程中降低了中心微观组织的变形。

金属零件表面滚压强化技术的现状与展望

介绍了金属零件表面滚压强化技术的概念、历史和工艺特点,综述了表面滚压技术的强化机理和各种工艺方法,展望了该技术今后的发展趋势。

超声表面滚压加工对Ti-6Al-4V合金显微组织及表面完整性的影响

采用"回"字形加工路径对退火态Ti-6Al-4V合金进行超声表面滚压加工(USRP),使用光学显微镜、透射电镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力分析仪、表面三维形貌仪等设备对USRP后合金的显微组织和表面完整性进行表征。结果表明:USRP后Ti-6Al-4V合金表面形成了厚度约300μm的塑性变形层,塑性变形层的表面为等轴纳米晶层,次表面为晶粒取向一致的长条状纳米片晶层;USRP后Ti-6Al-4V合金的显微硬度最高达到390 HV,表面粗糙度由0.76μm减小为0.23μm。随着距表面距离的增大,合金的残余压应力先增大后减小。

一种防止细长轴变形的表面滚压装置

表面滚压用于对机械零件表面进行光整和强化处理。采用传统的单滚轮滚压工具只适合于滚压刚性较大的短轴零件,对于刚性较差的细长轴,则由于挠曲变形较大而无法加工。在现有的管材切割器基础上经过设计改造,制成一种避免细长轴在滚压时挠曲变形的装置;利用该装置对气弹簧的活塞杆的滚压实践表明该装置是可行的。

超声表面滚压加工纯钛梯度材料的力学性能反演与有限元分析

对TA2纯钛进行超声表面滚压加工,研究了其截面显微组织和残余应力分布;采用纳米压痕试验测定距表面不同距离处的载荷-压入深度曲线并反演得到应力-应变曲线,将该应力-应变关系作为材料属性,采用有限元方法模拟得到载荷-压入深度曲线,通过与试验曲线进行对比对反演方法进行验证,并且研究了初始屈服应力和应变硬化指数对载荷-压入深度曲线的影响。结果表明:试样表层形成晶粒尺寸逐渐增大的梯度结构,残余压应力随着距表面距离的增加先增大后减小;载荷-压入深度模拟曲线与试验曲线基本一致,最大压入深度的相对误差在8%以内,说明反演方法可靠;随着初始屈服应力和应变硬化指数增大,载荷-压入深度曲线加载段曲率增大,塑性功与总功之比减小,初始刚度变化不明显。