工作液对陶瓷材料表面质量影响的研究

陶瓷材料经电加工后在工件表面形成残余应力和变质层－ 试验表明,电加工后工件表面残余应力均为拉应力,生成的表面变质层组织疏松、张度较差,厚度一般为５０ ～１００ μｍ－ 本文以常用的Ａｌ２Ｏ３ＴｉＣ（ 含量３０ ％ ） 为例,研究了电加工时不同种类的工作液对表面残余拉应力、变质层厚度以及工件表面金相组织的影响     

小切深条件下磨削表面完整性变化机理

磨削表面强化后的残余应力及表面层硬度的改变是评价零件加工表面完整性的重要指标,并对零件的疲劳强度、耐磨损性能等影响显著.针对工程中更为多见的小切深磨削工艺过程,基于45钢试件磨削加工试验,以磨削变质层的金相组织、厚度、表面硬度和残余应力为研究对象,重点讨论了小切深条件下磨削表面变质层组织特征与形成机理.结果表明:在小切深干磨削条件下,工件表层存在残余拉应力,应力值随磨削深度的增加或工件速度的增加而减小;工件表面变质层厚度随磨削深度的增加或工件速度的减小而增大.试验结果说明,在小切深干磨削条件下,合理确定磨削用量及砂轮特性参数等,可使工件表层产生强化作用.     

M50NiL钢磨削表面完整性特征及变质层厚度表征方法

通过透射电子显微镜确定了M50NiL钢渗碳后磨削表面变质层厚度,同时利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力测定仪等设备表征了M50NiL钢磨削表面完整性特征.结果表明:磨削在渗碳硬化层表面构建了一个表面变质层,该变质层组织的基本特征是晶粒细化和变形,在选区电子衍射图上显示为拉长模糊的多晶环;变质层厚度约0.5μm,残余压应力和硬度略有升高,表面应力集中系数较低.     

M50NiL钢磨削表面完整性特征及变质层厚度表征方法

通过透射电子显微镜确定了M50NiL钢渗碳后磨削表面变质层厚度,同时利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力测定仪等设备表征了M50NiL钢磨削表面完整性特征.结果表明:磨削在渗碳硬化层表面构建了一个表面变质层,该变质层组织的基本特征是晶粒细化和变形,在选区电子衍射图上显示为拉长模糊的多晶环;变质层厚度约0.5 μm,残余压应力和硬度略有升高,表面应力集中系数较低.     

电火花加工表面喷丸残余应力场的有限元分析

喷丸强化作为表面改性技术,对增强工件实际应用,提高使用寿命具有重要意义.采用ABAQUS有限元软件,对电火花单脉冲放电和喷丸强化,在GH3039高温合金材料表层产生的残余应力场进行有限元分析,获得残余应力场的分布规律及残余应力沿层深方向上的变化规律,对电火花单脉冲放电一个脉冲周期后和喷丸强化后工件表面应力分布进行仿真分析.结果表明：电火花加工表面喷丸强化后的残余应力分布规律与理想表面喷丸相同,经喷丸强化后,工件表面残余拉应力明显降低,表层残余压应力有大幅提升,强化效果显著,表面对称轴处径向残余应力比喷丸前降低79.406％,最大径向残余压应力比喷丸前提高了339.143％.     

激光拉曼光谱法测定金刚石复合片残余应力

采用显微拉曼光谱仪对直径为25.4 mm、总厚度为3.2 mm的刀具用金刚石复合片(PDC)层表面和侧面不同位置的残余应力进行测试,获得PDC金刚石层表面径向及侧面的应力分布。然后,用电火花切掉PDC的硬质合金基体,再测定金刚石层表面的拉曼光谱,从而得出金刚石层的微观残余应力。研究结果表明:PDC表面中间部分的应力为压缩应力,最大值约600 MPa,从中心到边缘逐渐降低,在离边缘2 mm左右变为拉应力;边沿拉应力的产生是基体的厚度较小,PDC朝金刚石层方向弯曲造成的;金刚石层侧面的应力为拉应力,最大值达580 MPa,位置靠近PDC界面,这是PDC出现金刚石脱层的主要原因之一;实验测得的PDC微观应力为62.5 MPa。     

基于L-M算法的BP神经网络预测短电弧加工表面质量模型

短电弧铣削加工技术属于特种加工行业中电加工的技术范畴,尤其适用于特硬、超强、高韧性等难加工材料的高效加工。但工件加工表面的技术特性(表面变质层、硬度、残余应力、表面层缺陷等)还有待于深入研究。为获得短电弧铣削加工良好的工艺效果,引入传统BP算法和Levenberg-Marquardt(简称L-M)算法,构建短电弧铣削加工表面质量模型。通过分析表面质量的影响因素,选取放电电压、频率、气压、脉冲时间为模型的输入,表面粗糙度、变质层厚度、工件材料去除率为输出,比较两种模型的预测精度。结果表明,基于L-M算法的BP神经网络对表面粗糙度、变质层厚度、材料去除率的平均预测误差分别为2.9%、9.4%、4.6%,低于传统的BP神经网络。相比传统的BP神经网络,改进的LM-BP神经网络模型提高了预测精度,实际工程中可用于优化工艺参数。     

切削加工表面变质层厚度的图像识别技术

切削加工表面变质层影响零件的物理力学性能,会引起表面残余应力分布、显微硬度和微观组织结构等表面完整性的改变,进而影响零件疲劳寿命等服役性能.利用MATLAB图像处理工具,对切削加工表面变质层进行图像识别,探讨预分析图像质量对变质层厚度分析结果的影响,判定切削表面变质层与基体的边界,测量加工表面变质层的厚度.对镍基高温合金GH4169、粉末高温合金FGH95高速切削加工表面变质层分别进行了图像识别和变质层厚度的确定.结果表明:采用图像处理方法能正确识别加工表面基体和变质层的相含量差别,得到加工表面变质层深度,可用于加工表面完整性的检测.研究同时表明:图像亮度、纹理度、对比度和清晰度均会对变质层厚度分析结果产生较大影响,而图像色彩饱和度和尺寸大小的差异对变质层厚度分析结果影响较小.     

激光冲击钛合金薄壁件动态响应及残余拉应力形成机制

为探究激光冲击薄壁件时残余拉应力的形成机制,利用ABAQUS软件对0.5mm钛合金薄壁件激光冲击条件下的冲击波作用规律和材料动态响应规律展开研究。结果表明,冲击波在薄壁件内反射时交替形成高数值拉伸波和压缩波,在压缩波和拉伸波的耦合作用下应力分布混乱并呈现"多峰"特点,形成了峰值为426 MPa、厚度达0.125mm的拉应力层,且最大残余拉应力位于表面处。基于冲击波反射规律揭示了薄壁件中残余拉应力的形成机制,并通过增加试件厚度以降低反射拉伸波强度发现5mm厚试件内最大残余拉应力仅为70 MPa,且表面处的拉应力转化为了压应力,从而提出了通过导波等方式控制应力波反射强度的薄壁件残余应力调控方法。     

缓进给强力磨削深沟槽表面二维残余应力的试验研究

应用电阻应变计法研究了缓进给强力磨削产生的深沟槽侧面的表面残余应力,结果表明,磨削加工后的表面残余应力随加工条件变化而变化的,最大的残余压应力出现在最表面上,该最大表面应力随砂轮转速或工件进给速度增加而减小,随磨削深度或磨削宽度减小而增大,工艺参数增大时残余应力层的厚度增加,在缓进给磨削加工中采用低砂轮转速,低工件进给速度、小磨削深度或小磨削宽度是有利的。最后,必须用一个特殊的喷嘴采用增大压力的冷却液清洗砂轮端面。     

预应力磨削表面残余应力的研究

一般常规磨削试件常得到表面残余拉应力,这种残余拉应力使工件的疲劳强度大为降低,而且在腐蚀环境中容易腐蚀。如果能获得表面残余压应力,则其疲劳强度大大提高,抗腐蚀性能会有所改善。本文对45号钢退火试件预加拉伸应力进行磨削试验,结果表明可使试件表面获得残余压应力,从而为控制和调整已加工表面残余应力提供一条新的途径。     

砂轮约束磨粒喷射加工表面残余应力及摩擦特性

针对磨削后工件表面出现缺陷问题,提出砂轮约束磨粒喷射光整加工方法(AJF).试验在M7120平面磨床上完成,加工试样为Sa=0.6μm左右的45钢.工件表面残余应力用TW3040-60 X射线衍射仪测量;利用MG-2000型销盘式摩擦磨损试验机研究表面形貌对摩擦系数和磨损性能的影响.试验结果表明:随着加工时间的增加,磨削表面的残余拉应力逐渐变成压应力,加工时间对残余应力有显著影响.Sa值由0.626μm下降到0.2μm左右.光整加工后表面摩擦系数和磨损量与磨削加工表面相比明显降低,表面硬度随加工时间的延长逐渐提高,这与工件表面残余应力的变化一致.     

30CrMoA车轴材料超声表面挤压强化技术研究

为了提高车轴疲劳强度,本文基于超声挤压强化技术,研究了其对列车专用30CrMoA车轴钢加工表面的影响.对比分析了超声挤压强化前后工件表面外观、表面粗糙度、残余应力等特征的变化,绘制了残余压应力沿层深分布的曲线.结果表明:超声强化后的试件表面达到了很好的镜面效果,表面光滑且具有光泽,消除了前道工序残留的环状纹路;表面粗糙度得到改善,粗糙度数值由原来的3.746μm降低到0.2μm左右,在前道工序的基础上下降了95%左右;原来的残余拉应力可以被调节成为压应力,残余压应力层的深度可以达到近2mm,阻止了疲劳裂纹的萌生和扩展,有利于提高金属材料的疲劳强度和使用寿命.     

旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers, TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明：由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9 000 r/min,进给速度v_f=8 mm/min,加工深度a_p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。     

冷却润滑方式对纯铁车削表面完整性的影响

为提高纯铁材料精加工时的表面质量,在相同切削参数下进行了干切、水冷、菜籽油润滑和微量润滑(MQL)4种方式下的切削试验,分析冷却润滑方式对工件表面完整性的影响机理.结果表明:MQL和菜籽油润滑比水冷和干切更有利于提高表面粗糙度;4种冷却润滑方式下已加工表面显微硬度具有相同的变化趋势,硬化层深度为60~70μm;表层晶粒呈严重的扭曲拉伸状塑性变形,干切时塑性变形层深度最大,其次为菜籽油润滑和MQL,水冷时最小;工件表面切向和轴向均呈残余拉应力,且切向应力大于轴向应力,而且冷却润滑方式对表面残余应力影响不大.试验结果对纯铁精加工选择合适的冷却润滑方式以提高表面完整性具有重要意义.     

镍基单晶高温合金磨削变质层工艺试验研究

为探究镍基单晶高温合金的磨削变质层工艺特性，采用单因素试验的方法，研究不同磨削参数及冷却条件对磨削变质层厚度的影响规律.结果表明，在镍基单晶高温合金DD5的磨削表面及亚表面存在一定厚度的磨削变质层.磨削变质层中的塑性变形层内γ相和γ′相发生剧烈扭曲变形且磨削变质层的硬度大于基体.不同磨削参数及冷却条件对磨削变质层厚度产生不同影响，随着砂轮线速度、磨削深度、工件进给速度的增加，磨削变质层厚度的变化分别表现为先减小后增大、不断增大、先增大后减小；在试验参数范围内，微量润滑(MQL)作为冷却条件可以降低相应的磨削变质层厚度，最多达到3.5μm.     

用X射线法测定残余应力分布的校正(厚壁元管和元柱试样)

用X射线法只能无损地测定工件表面的残余应力。但近来的研究证实仅从工件表面的残余应力是不能说明工件残余应力和性能之间的关系的。因此,人们越来越重视工件内残余应力分布的测定。然而至今还没有办法无损地测定工件内残余应力的分布。因此还只能用通常使用的剥层、切割、钻孔等方法。这些方法的基本原理都是通过去除工件的一部分,使该处的残余应力释放,从而使剩下部分的残余应力分布发生变化,我们测定去除后的残余应力,再利用弹性理论计算出原来该处的残余应力。实际就是对测定值要予以校正。本文对厚壁元管和元柱试样测定残余应力沿半径的分布的校正,进行了归纳和探讨。在此着重说明校正公式的推导和相应的基本假定、应用条件等。对于测试方法和校正公式的计算方法等内容则作简要介绍,作者将在另文中探讨。     

热障涂层热不匹配残余应力的分析研究

广泛应用于高温部件的热障涂层,在热载荷作用下各层间所集聚的残余应力是导致其层裂和失效的重要原因。针对热障涂层由于热不匹配产生的残余应力,建立了相应的平面应变模型,研究了温度与涂层厚度对界面残余应力和陶瓷层内最大残余应力分布的影响。结果表明,陶瓷层内的残余应力主要表现为横向压缩应力,且最大值位于距陶瓷层表面1/3厚度处;界面残余应力相对较小,但在自由边界处有应力集中现象;随着温度的升高应力值在增大,陶瓷层厚度增加会改变结构厚度方向上的应力分布,且厚度增加使陶瓷层内残余应力值和界面残余应力值减小。     

大型铁路轴承表面变质层研究

应用显微硬度、光学显微镜、X射线衍射、SEM及 AES等,分析与研究了大型铁路轴承(197 726)表面变质层的成分、组织与残余应力,发现变质层中硬度的变化与磨削热产生的相变及表层碳量下降有关,表面存在很大残余压应力,但分布不均匀。     

用局部逐层去除法测量厚壁圆筒的内部残余应力

采用局部逐层去除法对厚壁圆筒热处理后的残余应力进行测量,拟合得到了圆筒轴向和环向残余应力的分布规律。结果表明,局部逐层去除法能有效地得到厚壁圆筒热处理后内部残余应力的大小及分布;厚壁圆筒热处理后的轴向残余应力在焊缝区域为压应力,内、外表面距离焊缝较远的区域为拉应力,且拉应力的最高值出现在厚壁圆筒接头的外表面热影响区附近,内部为压应力;厚壁圆筒热处理后环向残余应力在焊缝区域为拉应力,峰值出现在圆筒内部靠近内表面一侧,焊缝周围的母材区域为压应力。经过焊后热处理,厚壁圆筒的残余应力总体水平相对较低,环向残余应力和轴向残余应力均降至100MPa以下。