超声滚压对DC53钢表面性能的影响

为了改善DC53冷作模具钢的表面性能,使用扫描电子显微镜、激光光谱共聚焦显微镜、显微硬度计、球-盘摩擦磨损试验机等设备分析了超声表面滚压加工工艺(USRP)的静压力、滚压道次、振幅、进给量对DC53冷作模具钢表面粗糙度、显微硬度、摩擦因数和磨损的影响规律。结果表明:与未处理DC53模具钢相比,USRP处理后DC53冷作模具钢表面产生了塑性变形,表面粗糙度由5.570μm最低可降为1.067μm,且在DC53冷作模具钢表面产生了晶粒细化现象,引入了梯度硬化层,表面硬度由基体的720 HV最大可提升为818.6 HV,硬化层深度最大可达300μm。摩擦因数降低,磨痕宽度减小,耐磨性能提高。通过极差分析法获得了对粗糙度、显微硬度、摩擦因数影响最大的工艺参数依次为进给量、滚压道次、静压力。通过灰色关联度分析法获得了工艺参数对表面性能的影响次序为静压力>进给量>滚压道次>振幅,最佳工艺参数组合为静压力400 N,滚压道次4次,振幅12μm,进给量0.05 mm。

钛合金材料超声滚压加工的仿真分析与实验研究

采用普通滚压加工工艺对钛合金材料进行加工时,存在因低频冲击造成的工件残余应力分布不均匀和表面硬度低等问题,为此,开展了钛合金材料超声振动滚压工艺仿真及实验研究。首先,从理论层面分析了超声滚压加工的运动学及动力学特性,找出了影响超声滚压加工性能的相关因素;然后,采用ABAQUS有限元软件建立了钛合金材料的仿真模型,分析了超声滚压对残余应力的影响及强化机理;最后,设计了钛合金工件的超声滚压实验,研究了不同参数指标对工件加工质量的影响,并根据实验结果对仿真模型和残余应力结果进行了验证。研究结果表明:随着静载荷和超声振幅的增加,工件表面残余应力分布相对均匀且趋于平稳,表面粗糙度呈现先降低后增加的趋势,表面硬度随强化层深度的增加逐渐降低;在振幅为20μm时,工件表面质量和性能相对较好,此时残余应力均值为849 MPa,表面粗糙度均值为0.1μm。该实验结果与仿真分析结果一致,验证了所建模型的可靠性,可为滚压制造工艺参数的选取提供参考。

超声表面滚压工艺对304不锈钢耐腐蚀性的影响

采用超声表面滚压工艺(USRP)对304不锈钢进行表面处理,研究了其对304不锈钢耐蚀性的影响。利用扫描电镜、X射线衍射仪和金属表面粗糙度仪对表面形貌、微观结构、残余应力和粗糙度进行分析。采用电化学测试、邻菲啰啉显色试验评估了氧化膜的耐腐蚀性和完整性。结果表明,经USRP处理后,304不锈钢表面粗糙度R_a由0.60μm降低到0.28μm,表面晶粒尺寸从23.13μm降低到20.80 nm,表面残余应力由20 MPa转变为-329 MPa。与未处理试样比较,超声表面滚压试样的自腐蚀电流密度I_(corr)最小为0.94×10^(-5)A/cm^(2),降低了71%;氧化膜层电阻R_(p)达到2.59×10^(6)Ω·cm^(2),提升了2倍;邻菲啰啉显色值范围变窄,显色面积减小,表明表面缺陷减少,表面氧化膜的质量得到提高。分析认为,超声表面滚压处理促使304不锈钢近表面层晶粒细化、产生残余压应力,使表面缺陷减少、氧化膜更加致密,进而阻滞304不锈钢的电化学反应进程,提高了材料的耐腐蚀性。

超声滚压对7075铝合金耐腐蚀性能的影响

表面纳米化处理是一种有效改善耐腐蚀性能的手段,但受表面粗糙度和残余应力等因素的影响,其相关机制并不清晰。运用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)研究经超声表面滚压工艺(USRP)处理后7075铝合金的组织和性能。结果表明:经1道次和15道次USRP处理后,7075铝合金表面粗糙度减小并且引入了残余压应力。滚压15个道次的试样表面能获得平均晶粒尺寸为52 nm的纳米晶。相较于未处理试样,经1道次和15道次USRP处理后试样的耐腐蚀性能均显著提高。其中,滚压15个道次试样的耐腐蚀性能提升更为显著。这主要是因为纳米晶可以使材料表面形成更加致密的钝化膜,导致其耐腐蚀性能显著提高,而表面粗糙度降低和引入残余压应力是提升耐腐蚀性能的次要因素。对比分析残余应力、表面粗糙度和表面纳米晶对7075铝合金耐腐蚀性能的影响,揭示了7075铝合金经表面纳米化处理后耐腐蚀性能提升的机制。