残余应力对表面纳米化316L不锈钢疲劳性能影响

超声喷丸处理工艺在316L不锈钢表面制备出了纳米表面晶层,对表面纳米化后和未表面纳米化的316L不锈钢试样进行拉拉低周疲劳试验,然后对试件进行表面残余应力进行测试,并对表面纳米化后材料疲劳性能的影响机理进行了初步分析探讨.研究结果表明,超声喷丸表面纳米化处理可以有效使材料在表面产生残余压应力,并使得表面晶粒细化,从而有效抑制疲劳裂缝萌生,提高材料疲劳寿命.     

表面纳米化对7055铝合金耐磨性能的影响

为了研究表面纳米化对7055铝合金耐磨性能的影响,利用高能喷丸(High Energy Shot Peening, HESP)技术对7055铝合金材料进行表面纳米化处理,在7055铝合金表面获得纳米结构。利用透射电镜分析纳米化前后微观组织的变化,同时对纳米化材料表层进行残余应力及显微硬度测定,并采用球盘磨损试验机研究了纳米化表面对固定载荷条件下7055铝合金材料磨损性能的影响。结果表明：表面纳米化使7055铝合金材料表面发生严重塑性变形,材料表面分布较高幅值残余压应力,最大可达到-369MPa, 残余压应力层深度达0.6mm;纳米化后试样显微硬度较基体提高了50%。摩擦磨损实验表明：表面纳米化从一定程度降低了7055铝合金材料表面摩擦系数,且磨损失重是未处理试样的32%,表明高能喷丸表面纳米化有效改善了7055铝合金材料的耐磨性能。     

工业纯铁表面自纳米化及其表征

利用高能喷丸(High energy shot peening,HESP)法在工业纯铁的表面获得一定厚度的纳米晶层,实现工业纯铁表面自纳米化。通过金相显微镜观测、扫描电子显微镜分析、显微硬度测试以及X线衍射计算分析,对工业纯铁表面自纳米化层的组织结构和性能进行研究分析。研究结果表明:采用HESP方法实现工业纯铁表面纳米化的主要工艺参数是:喷丸弹丸为直径1 mm的铸铁,喷丸压力为0.6 MPa,喷枪距离试样表面为5 cm,所获得的纳米晶的厚度随着喷丸时间的增加而增加;剧烈变形层由于晶粒得到了细化,其显微硬度大大提高,在距喷丸面10μm处,其显微硬度(HV)达到296.6,随着距喷丸面距离的增加,剧烈变形层的硬度不断减小;只要喷丸1 min,即可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为68.4 nm、微观畸变为0.050%的纳米晶层;随着喷丸时间的延长,晶粒粒径越来越小,而微观应变越来越大;喷丸14 min可在工业纯铁表面获得平均晶粒粒径为28.5 nm、微观畸变为0.175%的纳米晶层。     

超声表面滚压协同提高铸态AZ91镁合金的力学和腐蚀性能

镁合金具有低密度、高比强度等优势,是轻量化应用的优异结构材料。然而,相对于已经大规模工业应用的钢铁、钛合金和铝合金,镁合金铸件易腐蚀、绝对强度低、室温塑性差,成为限制其工业化应用的瓶颈。本文旨在采用超声表面滚压对铸态AZ91镁合金进行表面纳米化处理,以提高其力学性能和耐腐蚀性能。结果表明超声表面滚压在铸态AZ91镁合金表面制备出梯度纳米结构和光滑表面（Ra 0.036 μm）。超声表面滚压使得AZ91铸态镁合金样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了55%和50%,表面硬度提高了24%,而断裂延伸率没有显著下降。超声表面滚压的AZ91镁合金样品在3.5wt% NaCl水溶液中具有良好的耐腐蚀性。与未处理样品相比较,浸泡1 h后超声表面滚压处理样品的腐蚀电流密度降低63%,浸泡24 h后腐蚀电流密度降低25%。强度和硬度的提高主要来源于梯度纳米结构,而腐蚀性能的提高主要源于表面纳米结构、光滑表面和残余压应力。     

Q235钢表面纳米化处理对离子注入的影响

通过高能喷丸处理，在Q235低碳钢的表面得到了一层约20μm厚的纳米晶组织，然后使用金属蒸汽弧离子注入机（MEVVA）对表面纳米化处理前后的试样进行了钛离子注入。研究结果表明，Ti注入Q235钢后，浓度基本上服从Guass分布；经过表面纳米化处理的样品，注入元素浓度与未经处理的相比有了很大的提高，而离子注入的深度则变化不大。浓度升高的主要原因可能是经过表面纳米化处理的试样表面层含有更多的缺陷，注入原子与这些缺陷的交互作用导致了其固溶度的超额增加。     

镁合金表面超疏水性的构建及耐腐蚀性分析

为了改善传统镁合金表面较差的耐腐蚀性能,对镁合金表面依次进行硫酸刻蚀处理和电沉积处理,并采用扫描电子显微镜、接触角测量仪和电化学测试系统研究其表面形貌、疏水性和耐腐蚀性的变化.扫描电子显微镜的结果表明,硫酸刻蚀-电沉积法在镁合金表面构建了一种微米-纳米多级复合结构,降低了表面能.接触角测量结果表明,制备的镁合金表面水滴静态接触角可达160°,显示出优异的超疏水性和低黏附性.电化学测试结果表明,与未处理的镁合金表面相比,硫酸刻蚀-电沉积法制备的镁合金表面的腐蚀电位提高了95 mV,对应的腐蚀电流密度和腐蚀速率均降低了1～2个数量级,表面腐蚀程度明显降低,说明这种镁合金表面具有良好的耐腐蚀性能.     

超疏水钢表面的制备及其抗结霜性能

为了改善传统钢铁表面较差的抗结霜性能,对钢片表面先后进行高能微米喷丸处理和氟化处理,采用扫描电子显微镜、接触角测量仪和抗结霜试验设备研究了钢片表面形貌、浸润性和抗结霜性能的变化.结果表明,高能微米喷丸处理在钢片表面成功构建了微米一纳米复合结构,且喷丸尺寸越细小,得到的微观结构越细小均匀.喷丸一氟化复合处理后,钢片表面与水滴接触角可高达160.,滚动角小于2.,显示出超疏水性和低黏附性.低温结霜试验表明,制备的超疏水钢片在试验过程中只有少量的霜晶出现,而未经处理的钢片已形成霜层.分析认为超疏水钢表面与水滴间的热量交换较小,水滴不易凝结,从而有效地提高了抗结霜性.抗结霜性良好的超疏水钢有望在热交换器或低温运行设备等领域获得应用.     

表面纳米化对高锰钢磨料磨损性能的影响

利用传统的喷丸技术，在高锰钢表面制备出了具有纳米晶结构特征的表层，并利用X射线衍射仪及高分辨透射电子显微镜表征了表面纳米晶的微观组织结构特征．喷丸处理试样的表层晶粒细化至纳米量级，喷丸60min试样的表面晶粒尺寸约为3～8nm．随着喷丸处理时间的增加，试样表面硬度增加，晶粒尺寸减小．利用三体磨料磨损试验机检验了喷丸处理前、后试样的磨料磨损性能，结果表明：喷丸时间为2～30min时，试样的耐磨性随着喷丸时间的增加而增加；喷丸30min试样的耐磨性提高了72％；过长的喷丸时间导致试样产生微裂纹而使耐磨性下降．晶粒细化和硬度提高使磨损机理发生改变，未喷丸处理试样的磨损主要为微观切削，而喷丸处理试样的磨损主要为疲劳剥落，磨损机理的改变使材料的耐磨性提高．     

表面喷丸工艺对Super304H奥氏体耐热钢组织与性能的影响

采用表面喷丸处理在Super304H钢表面制备出大塑性变形层,利用扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜、X线衍射仪(XRD)和显微硬度计对喷丸表面及塑性变形层不同深度的组织和硬度进行表征,并对试样在喷丸过程中的组织结构变化进行研究。研究结果表明:Super304H钢经喷丸处理后,表层通过塑性变形产生高密度的位错、层错并细化晶粒,同时获得形变诱发马氏体,从而形成了一定厚度的剧烈塑性变形层。随着喷丸时间增加,晶粒越细小,马氏体相越多;喷丸处理后表层硬度显著提高,是原始试样硬度的2倍以上。     

铸造镁合金的材料性能测试和喷丸处理的有限元数值分析

作为目前最轻的金属结构材料之一,镁合金在汽车、航空航天等行业具有广阔的应用前景.但其模铸构件表面粗糙,循环加载时极易产生疲劳裂纹并加剧扩展.因此在工业生产中常对其进行喷丸处理以提高表面质量进而实现改善构件性能的目的.在MTS试验机上对铸造镁合金AM60在不同温度条件下的应力应变关系进行了研究,并利用ANSYS对喷丸处理时不同速率(80 m/s,120 m/s,160 m/s)的钢丸冲击铸造镁合金板的过程进行了模拟分析.结果表明,铸造镁合金板残余应力和塑性应变在温度相同时,随着冲击速率的增大而增加;而在冲击速率相同时,随着温度升高塑性应变增加而残余应力减小.     

高能喷丸0Cr18Ni9Ti不锈钢自纳米化机理

为在OCr18Ni9Ti不锈钢棒材端面制备出纳米晶,采用高能喷丸(HESP)对不锈钢棒材的端面进行表面自纳米化处理.利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪对喷丸端塑性变形层不同深度的组织进行表征,并对OCrl8Ni9Ti不锈钢在高能喷丸过程中的晶粒细化机理进行讨论.结果表明:在喷丸端大约70 μm深度内形成纳米组织,其中喷丸表面的晶粒尺寸达到52 nm左右.晶粒细化机理为:在小应变作用下主要是孪生变形把粗大晶粒细化成孪晶薄片,在大应变作用下,孪晶交叉把孪晶片细化成纳米晶粒,同时在孪晶交叉处产生应变诱导马氏体相变.     

镁合金表面磁控溅射沉积铝膜的力学性能

采用直流磁控溅射法在镁合金上沉积铝膜,在高真空下对铝膜进行加热后处理. 用X射线衍射仪(XRD)分析膜层为纯铝多晶态,扫描电子显微镜(SEM)观察铝膜晶粒细小. 采用纳米压痕/划痕仪对铝膜的厚度、临界附着力、硬度和弹性模量进行了测试,并且用辉光放电光谱仪(GDS)测试了镁合金表面铝膜的成分和性能随薄膜深度的分布. 结果表明,铝膜的厚度随后处理温度的升高而降低,其表面硬度和弹性模量高于镁合金基体并且随深度增加而逐渐降低. 铝膜与镁合金基体间存在一个过渡层,结合良好且表现出一定的弹塑性能,有利于镁合金表面的防护.     

304不锈钢超声表面纳米化后的表征

利用超声表面纳米化技术(ultrasonic nanocrystal surface modification,UNSM),采用4组静态载荷(70 N,90 N,110 N,130 N)分别在304不锈钢表面获得强塑形变形层,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、XRD等研究了由表层到基体的显微特征、残余应力、硬度分布及相组成等.利用有限元方法探讨弹性模量及泊松比同时由表层到基体梯度增加时,弯曲试件内的正应力分布.结果表明:随静态载荷增大,304不锈钢表面强塑性变形层深度增加,表面硬度略有增大,表面残余压应力增大,γ相向α相的转变效应增强;随静荷载增大,试样表面粗糙度由于静荷载较大反而有所增加;表面纳米化处理后,弯曲试样截面最大正应力降低,回转弯曲疲劳条件下能有效提高材料寿命.     

喷丸处理对1Cr13钢选择氧化的作用

对1Cr13钢进行了不同时间(5,10,20,40 min)的喷丸处理,研究了喷丸处理对1Cr13钢在800℃空气中的抗高温氧化性能。高温氧化实验及表面形貌观察分析发现,喷丸处理形成了一个晶粒细化层,降低了1Cr13钢发生选择氧化所需的临界含量,氧化增重显著降低,氧化膜剥落也有所改善。喷丸处理促进了1Cr13钢表面形成选择性的保护氧化膜,提高了1Cr13钢的抗高温氧化性能,喷丸处理10~20 min的试样抗高温氧化性能最佳。     

镁合金板材温热冲压成形热力耦合数值模拟

采用Gleeble3500热模拟试验机进行单向拉伸试验,获取了材料的力学性能参数,分析了AZ31镁合金板材的力学性能特点.采用热力耦合技术对镁合金板材温热冲压过程中的温度场进行了数值模拟,研究了冲压过程中温度场的分布规律,并对差温拉延工艺进行了分析.结果表明:差温拉延工艺可以提高镁合金板材的温热成形性能;采用热力耦合技术的数值模拟更能反映AZ31镁合金板材的温度敏感特性.     

等径角挤压工艺对AZ31B镁合金板材冲压性能的影响

对采用等径角挤压(ECAE)工艺前后AZ31镁合金板材的性能参数和冲压成形性能进行了研究.结果表明,经过等径角挤压工艺处理后镁合金板材的应变硬化指数n值、各向异性r值和极限拉深比LDR值均得到了优化,从而改善了镁合金板材的冲压性能.     

双金属复合板矫直过程的弯曲及弹复解析

基于工程弹塑性力学建立了不同组坯方式下双金属复合板弯曲矫直过程截面弹塑性状态演变路径的解析模型。基于该模型分析不锈钢复合板矫直过程中的弯曲回弹特性,解释复合板弯曲回弹过程中截面的反向屈服现象,并将不锈钢复合板与单一材料板材弯曲过程进行对比。研究结果表明：双金属复合板在弯曲过程中截面会经历五种弹塑性状态,并伴随着不同的中性层偏移规律,弯曲回弹后的残余应力分布与单一材料板相比更加不均匀且可能进入反向屈服状态;复合板与单一材料板材的弯矩相对差值随着屈服强度比的增大而增大,其绝对值随着弯曲曲率先增大后减小。     

镁合金微弧氧化的电解液组分研究

利用交流微弧氧化装置对AZ91D镁合金在1组分、2组分、3组分和4组分电解液中进行了微弧氧化处理,并通过电化学测试技术研究了微弧氧化处理后膜层的耐蚀性能.实验结果表明:能显著提高镁合金耐蚀性能的微弧氧化电解液,多为含NaAlO2组分的碱性溶液;电解液中添加H2O2和C4H4O6Na2等组分,可进一步提高膜层的耐蚀性.微弧氧化处理后,膜层表面光滑、均匀、致密,并由尖晶石结构的MgAl2O4相和MgO相组成.NaAlO2组分的存在,能与膜层中的MgO相在微弧氧化过程中一起烧结形成具有尖晶石结构的MgAl2O4耐蚀相,从而提高镁合金的耐蚀性能.     

喷丸和电解抛光对齿轮弯曲疲劳强度的影响

为提高渐开线齿轮齿根承载能力,研究了喷丸强度、喷丸覆盖率、电解抛光对齿根圆角表面完整性和齿轮弯曲疲劳极限的影响规律.依据啮合原理和APDL语言,对齿条型刀具展成的齿轮进行了参数化有限元建模,应用ANSYS/FE-SAFE软件对齿轮进行弯曲疲劳强度的仿真计算,并通过单齿弯曲疲劳试验进行了验证.结果表明:通过软件仿真的渗碳淬火齿轮弯曲疲劳极限载荷与试验结果相比偏大；对齿轮齿根进行喷丸,并非喷丸强度和喷丸覆盖率越高越好,而是存在最佳的喷丸工艺参数；对齿轮喷丸后再进行电解抛光,可以改善表面完整性,进一步提高齿轮的弯曲疲劳强度,但强化效果受初始喷丸工艺参数的影响.     

气体渗氮对中碳车轴钢超长寿命疲劳性能的影响

研究了气体渗氮在材料表面层由表及里逐次形成的氧化物层、氮化物层及N固溶层对中碳车轴钢超长寿命旋转弯曲疲劳性能的影响.与未处理试样相比,带有氧化物层、去除氧化物层及去除氮化物层的渗氮试样的疲劳强度逐级提高.去除氧化物层和去除氮化物层的试样在超长寿命区分别发生次表面和内部破坏.通过断口观察和断裂分析,阐明了渗氮处理材料的表面层对超长寿命疲劳性能的影响.