高温环境下超声深滚静压力对金属陶瓷涂层微观组织结构的影响

为提高金属陶瓷涂层与基体的结合性能,通过对Ni-WC金属陶瓷涂层实施电阻加热和超声深滚耦合处理,探究高温环境下不同超声深滚静压力对Ni-WC金属陶瓷涂层微观组织结构的影响。通过扫描电镜、X射线衍射仪和JADE软件对改性金属陶瓷涂层进行测试,通过分析改性金属陶瓷涂层的表面微观形貌、晶粒尺寸和表面残余应力,探讨改性金属陶瓷涂层结合强度,用ImageJ软件评价改性金属陶瓷涂层孔隙率。结果表明:高温下超声深滚提高了涂层表面光洁度,细化了晶粒,引入了残余压应力,提高了涂层综合性能;随静压力的增大,改性金属陶瓷涂层的表面微观形貌得到明显改善,表面残余压应力逐渐增大,涂层与基体之间形成了部分冶金结合,结合强度大大提高;静压力较大时出现了物相的转变,且随静压力的增大,其孔隙率也逐渐减小。

一种超声深滚与滚光一体化抗疲劳制造技术

采用一种超声深滚与滚光一体化的抗疲劳制造技术对钛合金疲劳试件进行表面强化处理。对经处理和未经处理的疲劳试件进行旋转弯曲疲劳试验。对疲劳试验后的试件断口进行扫描电镜观察分析。结果表明,超声深滚强化可以大幅提高钛合金试件的疲劳强度。强化后的试件表面形成一个组织致密层,起到抑制疲劳裂纹萌生和扩展的作用。对疲劳条纹的对比分析表明,超声深滚处理后的试件断口疲劳条纹明显细密化。

TC4钛合金超声深滚表面强化技术的研究

采用一种新型表面机械强化技术-超声深滚技术(UDR)对钛合金试样进行了表面强化处理。研究了超声深滚处理对试件的残余应力、加工硬化和表面形貌及表面粗糙度的影响。结果表明:超声深滚处理引入了高幅值、大深度的残余压应力、加工硬化量适度并且显著降低了表面粗糙度。根据以上结果分析了该技术的优势和应用前景。

超声深滚降低TC4钛合金表面粗糙度和修复表面损伤的作用

在TC4钛合金表面制备线形和圆形的模拟缺口,定量分析研究超声深滚处理降低TC4钛合金表面粗糙度和修复表面损伤的作用。采用TR240表面粗糙度仪测试超声深滚处理前后的表面粗糙度,采用Quant200扫描电子显微镜(SEM)对处理前后表面进行观察分析。结果表明,超声深滚处理可以使粗磨状态的TC4合金的表面粗糙度由Ra2.32μm降低到Ra0.11μm,有效修复线形和圆形的模拟损伤。分析讨论了表面状态的改善对于恢复和提高老旧零件疲劳性能的作用。

超声深滚处理改善预腐蚀7A52-CZ铝合金疲劳性能机理

研究了超声深滚(UDR)处理对预腐蚀7A52-CZ铝合金疲劳性能的作用。7A52铝合金试样在剥蚀腐蚀溶液中浸泡不同时间后进行了超声深滚处理。分别对未腐蚀试样、腐蚀试样和腐蚀+UDR处理试样进行了疲劳试验,用XRD应力测试和扫描电镜等方法分析了UDR处理前后试样的残余应力和断口形貌,并对疲劳断口进行了分析。结果表明:UDR处理在铝合金中引入超过1mm深的残余压应力层,延长了7A52的预腐蚀疲劳寿命。对于腐蚀较轻的试样,UDR处理使裂纹源在表层下残余压应力和拉应力过渡区产生,延长了疲劳裂纹萌生寿命;对腐蚀较重试样,疲劳裂纹仍从晶间腐蚀处形核,但由于引入残余压应力及腐蚀裂纹的部分愈合效应,仍在很大程度上改善了7A52的预腐蚀疲劳寿命。

超声深滚法提高电弧喷涂3Cr13涂层性能

利用超声深滚(Ultrasonic deeprolling,UDR)技术对钢基体电弧喷涂3Cr13涂层进行表面复合强化处理,旨在改善涂层的综合性能。采用扫描电镜、应力仪及球—盘式摩擦磨损试验机等设备检测和分析UDR工艺对该涂层孔隙率、表面粗糙度、残余应力、显微硬度、摩擦学性能等的影响。结果表明,UDR工艺使该涂层的孔隙率从5.1%降为2.3%;表面粗糙度Ra由40μm以上降为2.4μm;表面残余压应力由8MPa提高到257MPa;涂层显微硬度提高约45%,涂层摩擦学性能得到了明显提高。且Bragg衍射峰明显宽化、左移、峰强增大,这表明涂层晶粒明显细化、晶格畸变,且形成晶向平行表面的板织构。同时分析和讨论UDR工艺对提高3Cr13涂层性能的影响机理。

纵-扭复合振动超声深滚加工工艺试验

采用正交试验法对Q235钢端面进行了纵-扭复合振动超声深滚加工,探索了工艺参数对表面粗糙度和显微硬度的影响,并基于试验结果构建了表面粗糙度和显微硬度的预测模型。试验结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后,工件表面粗糙度值显著减小,而显微硬度有大幅提高;表面粗糙度值随静压力增大先增后减,随进给量的增大而急剧增大,而随滚压速度的增大变化不明显,且进给量对表面粗糙度的影响最显著;显微硬度随静压力的增大而提高,随进给量和滚压速度的增大有微小波动,且静压力对显微硬度的影响最显著;基于t-检验与相关系数计算结果发现,进给量与静压力的交互作用对表面粗糙度的影响最大,而静压力与滚压速度的交互作用对显微硬度的影响最大。基于正交试验结果和预测模型获得了最优工艺参数,两者的结果接近,表明预测模型可靠。

超声深滚对电弧喷涂7Cr13涂层性能的影响

采用超声深滚(UDR)技术对45钢基体电弧喷涂7Cr13涂层进行表面处理,并对涂层处理前后的性能变化进行了试验测试和分析。结果表明,电弧喷涂7Cr13涂层经UDR处理后,其综合性能得到了较大提高:晶粒细化,涂层截面孔隙现象明显减少、变小,与基体的结合状态有所改善,表面残余压应力由45MPa提高到345MPa,表面粗糙度由>40μm降为2.13μm,表面显微硬度提高了近一倍,摩擦学性能得到了明显改善。

纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究

采用正交-响应曲面法对6061-T651铝合金进行纵-扭复合振动超声深滚加工和普通深滚加工对比试验,研究各工艺参数对表面粗糙度的影响。正交试验结果表明:在相同的工艺参数下,纵-扭复合振动超声深滚加工后工件的表面粗糙度值小于普通深滚加工;表面粗糙度值随着静压力、转速的增大先减后增,随着进给量的增大先增后减再增;进给量对表面粗糙度的影响最显著,静压力对表面粗糙度的影响最小。基于试验结果采用二次回归构建表面粗糙度数学模型,并采用响应曲面法分析工艺参数之间的交互作用,确定了最优工艺参数。

纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值分析

为研究平面试件在纵-扭复合振动超声深滚加工后材料应力分布及变化规律,采用有限元方法对Q345钢进行了纵-扭复合振动超声深滚加工残余应力场数值模拟。首先分析了加工后试件材料各应力分量沿深度方向的分布情况,然后研究了静压力、滚压速度、振幅和相位差对加工后材料残余应力的影响规律。结果表明:经纵-扭复合振动超声深滚加工后材料表层残余应力分布较均匀,表面为压应力,压应力沿试件深度方向先增后减;试件最大残余压应力及最大横向残余压应力深度和残余压应力层深度随静压力的增大而增大,随滚压速度的增大而减小,而表面残余压应力和最大纵向残余压应力深度无显著变化;试件横向残余压应力层深度随振幅的增加小幅度地增大,但最大残余压应力幅值和深度和纵向残余压应力层深度几无变化;相位差对残余应力影响可忽略不计。

超声深滚作用力对Ti-6Al-4V合金微观组织及表面性能的影响

目的改善Ti-6Al-4V合金的微观组织及表面性能。方法用不同作用力(150、250、350、450 N)的超声深滚工艺对Ti-6Al-4V进行表面处理。通过金相显微镜观察、透射电镜分析、维氏硬度测试和残余应力测试,分别评价表面处理后材料的显微组织变化、显微硬度分布和残余应力分布。结果随着超声深滚作用力的增加,表面塑性变形层厚度增大,但增大趋势随作用力的增加而趋缓,450 N超声深滚作用后,塑性变形层厚度最大。超声深滚处理后,材料表面出现纳米晶,随作用力的增加,纳米晶会逐渐转为非晶态。350 N深滚后,距表面220μm处会出现少量的孪晶及大量位错堆积。随着塑性应变的加剧,孪晶逐渐消失,晶粒不断细化。材料近表面硬度提高明显,提高幅度同作用力呈正相关。材料基体的硬度为328 HV。在150 N力作用后,材料距表面50μm处的硬度能达到343 HV,而在450 N力作用后可以达到381 HV。随着超声深滚作用力的增加,材料近表面的残余压应力总体呈现增加趋势,最大残余应力可达到-875 MPa;残余应力的分布范围随力的增加,从0.40 mm增长到0.58 mm。另外,不同作用力作用后,材料最大残余压应力均出现在距表面20~40μm处。结论超声深滚作用可有效改变TC4合金的表面微观组织及性能,进而影响其结构完整性和服役寿命。

纵-扭复合振动超声深滚加工表面强化研究

目的基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,研究各深滚工艺参数对工件表面强度的影响,以验证二维超声振动加工技术在表面强化技术领域的应用效果。方法采用单因素试验法对6061-T651铝合金轴件分别进行纵-扭复合振动超声深滚与常规深滚加工试验,然后用MH-5数显硬度计测试每组参数下的表面显微硬度,研究静压力、工件转速和进给量对工件表面显微硬度的影响,并将两种试验结果进行对比。结果在设定工艺参数内,纵-扭复合振动超声深滚工艺所获得的表面显微硬度均高于同等加工条件下常规深滚工艺。纵-扭复合振动超声深滚加工时,表面显微硬度随静压力和工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大先减小后增大再减小;常规深滚加工时,表面显微硬度与静压力近似呈线性关系,且随工件转速的增大先增大后减小,随进给量的增大一直减小。结论纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T651铝合金的表面强化处理。

纵-扭复合振动超声深滚加工表面形貌研究

将纵-扭复合超声振动引入到传统深滚加工中,创建纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,阐述其加工原理;分析其滚压过程;建立其表面形成模型并理论分析表面形貌形成机理;试验对比研究两种滚压方式下工件表面的微观形貌。试验结果表明:在相同的工艺参数下,辅助纵-扭复合振动后,工件的表面微观形貌优于传统深滚加工所获得,试验结果与理论分析结果相吻合。

基于高温辅助超声深滚下压量对金属陶瓷涂层组织结构和性能影响

进一步改善涂层组织性能,采用新型表面微晶化技术——高温辅助超声深滚(HT+UDR)对金属陶瓷涂层进行处理,通过高温处理使金属陶瓷涂层软化,可降低涂层强度与硬度,在超声深滚过程中涂层表面发生较大塑性变形。为此,采用SEM、EDS、硬度测试和XRD测试等考察了高温辅助超声深滚不同下压量(0.20,0.25,0.30 mm)对45钢基体表面陶瓷涂层组织、结构和性能的影响。结果表明:HT+UDR+0.25 mm处理后涂层内部纵向裂纹在塑性流变作用下弥合或转变为横向裂纹,孔隙率较小。表面产生加工硬化和晶粒细化后,硬度进一步提高至650.2 HV。涂层表面残余拉应力转变为残余压应力,最大为-337.9 MPa。但HT+UDR+0.30 mm处理涂层表层出现裂纹,表面动态再结晶行为加剧,位错密度下降导致残余应力释放,相对于HT+UDR+0.25 mm降低了8.67%。

轴类零件纵-扭复合振动超声深滚加工运动学研究

基于纵-扭复合振动超声深滚加工原理,构建了轴件纵-扭复合振动超声深滚加工运动学模型,分别给出了普通深滚和纵-扭复合振动超声深滚加工中工具头的运动方程;研究了振动参数和滚压工艺参数对工具头运动轨迹的影响及对系统设计和加工质量的影响。研究成果可为纵-扭复合振动超声深滚加工系统设计和加工工艺参数的优化选择提供理论依据。

纵-扭复合振动超声深滚表面粗糙度研究

将纵-扭复合振动超声加工与常规深滚加工工艺相耦合,创建纵-扭复合振动超声深滚加工工艺,并对其加工原理进行阐述。理论分析了超声振动对表面粗糙度的影响;采用单因素试验法对6061-T6铝合金轴件进行常规深滚与纵-扭复合振动超声深滚处理,研究深滚工艺参数对工件表面粗糙度的影响。试验结果表明:在相同的工艺参数下,辅助纵-扭复合振动后,超声深滚所获得的表面粗糙度Ra值均小于常规深滚,且在设定参数范围内,静压力对表面粗糙度的影响最为显著,最高降低约50%。

高温超声深滚对镍基碳化钨涂层耐磨性的影响

为提高等离子喷涂Ni/WC涂层耐磨性,采用高温超声深滚(High temperature ultrasonic deep rolling,HT+UDR)对其进行强化处理。采用附带能谱仪的扫描电镜、X射线衍射仪、维式硬度计和摩擦磨损试验机检测和分析强化处理后Ni/WC涂层的耐磨性。结果表明,经HT+UDR强化后,Ni/WC涂层的层状结构消除,内部孔隙和裂纹减少,涂层更加致密。HT+UDR处理后涂层表层生成Cr_(7)C_(3)、Cr_(2)B_(3)和CrB等新硬质相,X射线衍射峰半高宽展宽,涂层表层产生晶粒细化,涂层表面硬度提高了185.9 HV0.2。Ni/WC涂层的磨损机理以磨粒磨损为主,伴有疲劳磨损,HT+UDR能有效改善Ni/WC涂层的耐磨性,经HT+UDR处理后,磨损表面的剥落现象和裂纹减少,其磨损量为7.1 mg,相比于未滚压涂层降低51.3%。

超声深滚处理高强铝合金超声波焊层组织和织构研究

采用超声波金属焊接技术对2A12-T3和2A11-O铝合金进行了焊接,然后对焊层进行了超声深滚处理。通过扫描电镜、电子背散射衍射和透射电镜分析了超声深滚处理前后超声波焊层的宏观形貌和微观组织。扫描电镜和透射电镜分析表明,超声深滚处理能够有效去除超声波焊层表面的焊接压痕,降低表面粗糙度,使焊接界面的组织更加均匀。电子背散射衍射分析表明,超声深滚处理后焊层组织发生再结晶,形成再结晶织构和形变诱导晶粒长大,有助于消除焊接界面的焊接残余应力。因此,超声深滚处理有助于改善铝合金超声波焊层的组织和性能。

6061-T6铝合金纵-扭复合振动超声深滚加工试验研究

基于纵-扭复合振动超声加工和超声深滚加工提出了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺。采用普通深滚与纵-扭复合振动超声深滚2种加工方法对供应态6061-T6铝合金轴件进行表面强化处理,研究深滚工艺参数对加工表面质量的影响。结果表明:引入纵-扭复合振动后,超声深滚工艺参数对表面质量的影响规律与普通深滚不同,且在相同的工艺参数下,超声深滚所获得的表面粗糙度Ra值要小于普通深滚,最高降低约50%,而表面显微硬度和硬化率则有大幅提高,硬化率最高约为普通深滚的3倍,经纵-扭复合振动超声深滚处理后的表面更光滑,从而证明了纵-扭复合振动超声深滚加工工艺能更有效地实现6061-T6铝合金的强化处理。

表面小缺口损伤的超声深滚抗疲劳强化处理

为研究超声深滚处理技术(Ultrasonic Deep Rolling,UDR)对零件表面损伤的抗疲劳修复与强化作用,制备了Ti-6Al-4V缺口疲劳试件,采用UDR技术对缺口疲劳试件进行了深滚强化处理。通过疲劳试验对比了深滚处理前后的缺口试件的抗疲劳性能。采用体视显微镜对疲劳断口和深滚处理后缺口附近的塑性变形进行了观察分析,根据名义应力法和局部应力应变法对缺口件的疲劳寿命进行了计算,并与试验结果进行了比较。结果表明:试验结果与计算结果较接近;与未经超声深滚处理的试件相比,经超声深滚处理后缺口试件的疲劳强度由276 MPa提高到523 MPa。断口分析表明:经超声深滚处理后疲劳裂纹源下移到缺口根部以下0.68 mm处,说明超声深滚在缺口根部引入的残余压应力是提高缺口试件疲劳强度的主要原因。