喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的表面完整性及疲劳性能研究

研究了喷丸强化对覆铝7B04-T7451铝合金表面完整性和疲劳性能影响,阐明了覆铝层对喷丸强化效果的影响。采用维氏硬度计、原位纳米测试系统、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪等,分析了喷丸强化后试样的显微硬度、表面轮廓、表面粗糙度及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测试喷丸强化试样的疲劳寿命,利用扫描电镜分析疲劳断裂断口的特征。结果表明,喷丸强化覆铝7B04-T7451试样表层硬度从表层向内部逐渐增大,直到基材硬度,表面硬度较原始试样略有提高;覆铝7B04-T7451试样表面发生剧烈的塑性形变,弹丸尺寸较大,表面粗糙度明显增大;喷丸强化引入深度约150μm的残余压应力层,但其残余压应力数值和应力峰值均较小。喷丸强化覆铝7B04-T7451铝合金的疲劳性能没有获得提高,由于表面粗糙度和塑性形变显著增大,使得疲劳裂纹源在覆铝层表面萌生较快,疲劳寿命降低。

激光冲击强化对Ti-6Al-4V榫齿结构高低周复合疲劳性能的影响

为了探究激光冲击强化对Ti-6Al-4V合金榫齿结构高低周复合疲劳行为的影响,本文对经过激光冲击强化处理的Ti-6Al-4V榫齿结构的表面完整性特征和高低周复合疲劳性能进行测试。结果表明:相比于未经过激光冲击强化处理的原始榫齿结构,激光冲击榫齿结构的高低周复合疲劳寿命提高729%。激光冲击改变了榫齿结构接触区域的微动磨损特征。原始榫齿结构表现为大尺寸的脱层磨损坑,坑底部诱发微裂纹并向基体内扩展,而激光冲击榫齿结构表现为小尺寸脱层薄片。此外,激光冲击还降低榫齿结构的疲劳裂纹扩展速率。激光冲击强化抗高低周复合疲劳作用显著,这主要归因于激光冲击强化层改变疲劳裂纹萌生方式,并抑制裂纹早期扩展。

机械喷丸+激光冲击复合表面改性TC4钛合金表面完整性研究

为提升航空发动机钛合金叶片性能,采用机械喷丸、激光冲击及复合强化对TC4钛合金表面进行改性处理,并研究复合强化顺序及参数对钛合金表面完整性的影响。结果表明:复合喷丸强化钛合金的表层残余压应力场具有单独机械喷丸、激光冲击的耦接特征,近表面残余应力场接近机械喷丸,近基体区域的残余应力场接近激光冲击,即整体残余应力场深度大、表面应力值高。复合强化顺序影响残余应力层中间段的应力值分布,先激光冲击后机械强化的残余应力相对更高。机械喷丸强度较低时,强化顺序对表面粗糙度影响不大;机械喷丸强度较高时,强化顺序对表面粗糙度影响大。机械喷丸强化后的试样近表面组织内形成小角度晶界和少量孪晶,激光冲击强化试样近表面仅形成小角度晶界,但没有观测到孪晶,而先激光冲击的复合强化试样产生孪晶较多。

激光冲击+机械喷丸复合强化对铆接件微动疲劳性能的影响

研究机械喷丸、激光冲击+机械喷丸复合强化2种表面强化技术对铝合金铆接构件微动疲劳行为的影响。利用微动磨损实验机、疲劳实验机、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜、场发射扫描电镜等设备,测试表面强化技术对铝合金表面完整性、耐磨性、疲劳性能和微动损伤特征的影响。结果表明:机械喷丸、激光冲击+机械复合强化均可提升铆接件微动疲劳性能,机械喷丸提高12倍,复合强化提升5.4倍。表面强化处理改变疲劳裂纹源位置,原始件裂纹萌生于铆接件圆孔30°左右,喷丸强化后裂纹在圆孔接近90°位置萌生。复合强化的残余压应力层深度为1.00 mm,远大于机械喷丸的0.25 mm。总体上,复合强化效果不理想,这是由于激光冲击技术不便于在小尺寸的铆接孔实施,同时强化过程连接孔变形,影响服役性能。

干、湿喷丸强化对TC17钛合金喷丸强化层的影响

目的研究干喷丸与湿喷丸强化对TC17钛合金残余应力场的影响。方法采用干、湿喷丸分别对TC17钛合金表面进行喷丸强化处理,利用X射线衍射仪、EBSD以及硬度仪,分析喷丸强度对材料表层残余应力、显微组织以及硬度的影响。结果喷丸强度为0.20 mmN时,干喷丸最大残余应力在距表面30μm处,湿喷丸最大残余应力在表面;喷丸强度为0.30 mmN时,干、湿喷丸引入的残余应力场层深分别为200、90μm,干喷丸引入的残余应力层更深;喷丸强度为0.40 mmN时,干喷丸最大残余应力为-1191.5 MPa,而湿喷丸最大残余应力为-943.9 MPa,干喷丸引入的最大残余应力比湿喷丸的更大;当喷丸强度增加到0.50 mmN时,干、湿喷丸两种强化工艺均出现过喷丸现象,近表层的残余应力发生松弛,同时硬度值降低。通过EBSD研究发现,随着喷丸强度的增加,TC17钛合金表层组织中α相的小角度晶界比例先增加后减少,当喷丸强度为0.50 mmN时,α相内小角度晶界比例减少,大角度晶界比例增加。结论当喷丸强度较小时,干喷丸强化引入的最大残余应力在次表面,而湿喷丸引入的在表面。当喷丸强度较大时,干、湿喷丸强化工艺均出现过喷丸现象,此时大量小角度晶界转变为大角度晶界,钛合金表层硬度场有所减小,残余应力场发生应力松弛。

7A65铝合金喷丸强化表面完整性及疲劳性能

目的以7A65高强度铝合金为研究对象,研究喷丸强度、弹丸介质(铸钢丸和陶瓷丸)对靶材疲劳性能的影响规律。方法利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪等仪器表征喷丸强化7A65铝合金表面完整性和疲劳失效断口,分析喷丸工艺参数与疲劳性能、断裂模式的相关性。结果喷丸强化后铝合金表面粗糙化严重,表面粗糙度从初始0.622μm增加至4.736μm(铸钢丸、喷丸强度为0.22 mmA),并出现褶皱损伤;在相同喷丸强度下陶瓷丸喷丸表面粗糙度较低,无褶皱损伤。2种弹丸在金属表面引入的残余应力场基本相同,残余压应力层深约300μm,最大残余压应力值为-480.6 MPa,其产生位置为距离表面75μm处(喷丸强度为0.22 mmA)。铝合金疲劳性能对铸钢丸介质敏感性较高,当喷丸强度较低(0.11 mmA)时喷丸强化效果最佳,疲劳寿命是原始寿命的5倍多,疲劳源从表面转移至次表面(500μm);当喷丸强度增至0.22 mmA时,裂纹源向表面靠近,疲劳寿命为原始寿命的2倍。铝合金疲劳性能对陶瓷丸介质敏感性较低,在喷丸强度为0.11~0.22 mmA时疲劳寿命较为稳定,在喷丸强度为0.11 mmA时疲劳寿命最高,为原始寿命的7倍。结论7A65高强度铝合金经喷丸强化后疲劳寿命显著提升,强化效果受弹丸介质影响,陶瓷丸介质强化效果更好、喷丸强化工艺窗口更宽。

钛合金榫结构微动疲劳防护技术研究综述

综述了航空发动机叶片–轮盘榫型连接部位的微动疲劳损伤形式及试验方法,总结了提高钛合金抗微动疲劳性能的表面改性技术,介绍了不同强化手段的处理方式、作用机理以及在提升发动机榫结构微动疲劳性能方面的应用,同时指出了目前该领域内存在的问题,以期为钛合金叶片榫头抗微动疲劳设计提供借鉴。

TC4钛合金L型材高温弯曲蠕变的数值模拟研究

利用ABAQUS有限元软件,针对TC4钛合金L型材,分别在蠕变温度为500、600和700℃及蠕变时间为600、1200、1800s的条件下,进行高温压弯蠕变的数值模拟分析,研究温度和时间对该L型材高温压弯蠕变变形后回弹量的影响规律。数值模拟结果表明,TC4钛合金应力松弛效果受温度影响明显,当温度为700℃时,应力松弛后残余应力降低至50 MPa以下;蠕变时间为600 s时,应力松弛后残余应力已经降低到趋于稳定的极限值,继续增加蠕变时间,应力松弛效应不发生显著变化。

铝合金传动箱体铸造缺陷分析及工艺优化

针对ZL101A铝合金传动箱体铸件因微观孔洞缺陷造成油道漏油问题,借助X射线探伤和SEM缺陷形貌观察,发现微观孔洞类缺陷为微观缩松和气孔缺陷两类,且以微观缩松缺陷为主。运用XRF光谱、MAGMA工艺仿真等手段分析发现,缩松形成的主要原因是凝固补缩不足,而气孔主要是合金液中的气体与氧化铝夹杂物相互作用引起的。根据缺陷分析结果,将重力铸造改为差压铸造,并在铸件发生缺陷的油道部位增设一处内浇道,同时降低浇注温度。另外,熔炼ZL101A合金液时,添加Al-5Ti-1B中间合金进行细化处理。结果表明,铸件组织致密,微观孔洞基本消除,满足ASTM E155Ⅱ级要求。