高铝硅酸盐玻璃的化学强化及其结果拟合

利用低温离子交换法对高铝硅酸盐玻璃表面进行强化,研究了离子交换温度和时间对高铝硅酸盐玻璃表面应力层深度、表面压应力和显微硬度的影响,及应力层深度和表面压应力对显微硬度的影响。结果表明,第一,随着强化温度和强化时间的增加,表面应力层深度增加、显微硬度增强,但是增速并不均匀。第二,利用SPSS软件得到了应力层深度、显微硬度与强化时间和强化温度之间的关系模型,使用此模型可以预测与样品玻璃有相近组分的高铝硅酸盐玻璃化学强化后的应力层深度和显微硬度。第三,应力层深度较于表面压应力对玻璃显微硬度的增强起主要作用。     

退火及化学钢化硅酸盐玻璃的动态弯曲力学行为研究

利用电子万能试验机和改进的分离式Hopkinson压杆装置分别对退火硅酸盐玻璃及化学钢化硅酸盐玻璃试样进行了加载速率为1.67×10-6 m/s和2.5 m/s的三点弯曲实验,动态加载实验中验证了杆端的加载载荷平衡,确保实验结果的有效性,同时实验过程中利用高速摄像机记录了玻璃试样的动态破坏过程.实验结果表明:由于表面钢化层预压应力的存在,化学钢化玻璃弯曲强度较退火玻璃有较大提高,且强度分散性降低.随着加载速率的提高,玻璃试样的弯曲强度有明显提高,强度分散性有所下降,动态加载条件下试样表现出多裂纹成核扩展的破坏模式.      

高强度单片低辐射镀膜防火玻璃

高强度单片低辐射镀膜防火玻璃是在对玻璃原片进行化学、物理钢化时，通过热喷涂低辐射膜而获得。即在钢化炉中，将含K^ 、Cs^ 的熔盐和低辐射膜的溶液喷射到玻璃上，再将玻璃进行急速均匀的风冷而获得。该种防火玻璃是一种集节能、安全、防火于一体的多功能玻璃材料，可加工成夹层玻璃、中空玻璃，应用于有节约需求的防火幕墙、防火门窗等。     

飞机受损件打磨表面形状对激光喷丸残余应力的影响

为研究飞机受损件经打磨后表面形状对残余应力分布的影响,文中对飞机受损件腐蚀损伤区域打磨后的表面形状进行分类,并对表面形状进行函数表征,采用ABAQUS软件完成了不同表面形状及曲面曲率下激光喷丸的有限元模拟.模拟结果表明,激光喷丸后,材料表面最大残余压应力由大到小的表面形状依次为双凹面、凹圆弧面、凸凹面、平面、凸圆弧面、双凸面,表面形状对残余压应力层深度影响较小.随着曲面曲率的增加,双凹面、凹圆弧面、凸凹面表面最大残余压应力逐渐增大,而双凸面、凸圆弧面表面最大残余压应力逐渐减小,曲面曲率对残余压应力层深度影响较小.     

Inconel 718合金喷丸残余应力场及应力松弛的研究

研究了Inconel 718合金喷丸残余应力场及在500℃、600℃保持过程中残余应力的松弛规律。采用钢丸、玻璃丸组合喷丸后，Inconel718合金表面压应力约为-570MPa，距表面0．1mm处压应力达到最大值约为-790MPa，距表面约0.55mm处压应力接近消失。采用玻璃丸喷丸后，表面压应力约-480MPa，距表面约0．06mm处压应力达到虽大值，约为-740MPa，距表面约0．4mm处压应力接近消失。喷丸后的高温保持过程中，残余应力部分发生松弛，应力松弛的动力学过程满足Zener-Wert-Avrami方程。     

化学热处理后残余应力分布及对疲劳强度的影响

探讨了渗碳、碳氮共渗、氮化等常用的化学热处理后所产生的残余应力分布特点，及其对疲劳强度的影响。试验表明，化学热处理后残余压应力的深度往往与渗层深度相一致。渗层中的相变次序和残余奥氏体的存在对残余应力分布影响较大。表层残余压力对工件的疲劳强度起着有益的作用。     

激光冲击强化对42CrMo钢耐高温腐蚀性能的影响

采用高能量纳秒级脉冲激光,对42CrMo合金钢表面进行激光冲击强化处理,测定42CrMo钢在激光冲击强化后的残余应力、硬度及粗糙度,并对试样进行高温腐蚀试验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察试样表面的微观形貌,研究激光冲击强化处理对42CrMo钢耐高温腐蚀性能的影响.结果表明:激光冲击强化后试样表面腐蚀形貌明显比未进行激光冲击处理试样更好.激光冲击强化后42CrMo钢耐高温腐蚀性能得到提升,主要是由于材料表面残余压应力层能够抑制材料表面氧化膜的脱落,提高其耐高温腐蚀性能.与小能量激光冲击相比,大能量冲击可以大幅度提高试样表层的残余压应力值,并提高残余压应力的影响深度.     

柱面零件喷丸强化残余应力场的数值模拟

为研究柱面零件喷丸强化残余应力场的分布规律,应用ABAQUS软件模拟了单粒球形弹丸冲击柱面曲线轮廓零件靶体过程。接触碰撞数值模拟采用动态接触对惩罚函数法,计算方法采用中心差分时间显式算法,模型加载模式采用弹丸速度加载,模拟获得了喷丸强化残余应力场和位移场的分布规律。柱面靶体喷丸时,靶体表面产生的周向残余压应力和轴向残余压应力不等,且表面周向残余压应力略小于表面轴向残余压应力;靶体上产生的最大周向残余压应力和最大轴向残余压应力出现在距靶体表面相同深度位置,但最大周向残余压应力略小于最大轴向残余压应力,而周向残余压应力层深度略大于轴向残余压应力层深度。     

超声冲击改善S30403不锈钢表面状态的数值模拟

基于Johnson-Cook方程建立超声冲击处理的三维有限元模型,研究超声冲击处理奥氏体不锈钢S30403的动力学过程,分析冲击速度、覆盖率对残余应力分布和表面应力集中因子Zi的影响。结果表明:冲击处理后的表面在冲击凹坑边缘存在4个月牙状高拉应力区。随着冲击速度的增加,月牙状区域的形状与面积基本不变,但是随着覆盖率的增加,月牙状区域逐渐融合。冲击速度对表面残余压应力值、最大残余应力深度和残余应力厚度的影响较大,但对最大压残余应力值的影响较小。冲击处理后的应力集中系数Zi随着冲击速度的增加开始增幅较大,后逐渐趋于平缓。覆盖率低于100%时,覆盖率对残余应力层的厚度以及最大残余应力的深度影响很小,但是表面残余压应力值则随着覆盖率的增加明显变大;当覆盖率达到200%,残余应力的深度显著增加,显著提高了残余压应力区域的应力水平。     

乙二醇对固结磨料研磨蓝宝石晶圆的影响

研磨液中的化学添加剂对于蓝宝石晶圆的高效超光滑表面加工至关重要.文中开展了固结磨料研磨蓝宝石晶圆的实验研究,探索了不同乙二醇含量的研磨液对材料去除速率和表面形貌的影响规律,采用微/纳米压痕技术和光电子能谱剖析了工件表层的物理化学性能.结果表明:当研磨液中含有5%的乙二醇时,工件表面变质层深度约为3.90 nm,远优于去离子水研磨液的工件变质层深度(1.04 nm);乙二醇含量的提高促进了表面变质层的生成,有利于蓝宝石工件研磨效率的提高和表面质量的改善.     

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.     

热处理和表面强化产生的残余应力及其对机械性能的影响

通过热处理及表面机械强化处理在表层获得残余压应力,可提高疲劳及多冲性能。本文给出了下列结果: 1.选择低淬透性的中碳钢整体加热后剧烈冷却,可在表层获得很高的残余压应力,此种薄壳淬火的另件能显著提高疲劳强度,表面最大压应力的含碳量约在0.5到0.6%C左右。 2.渗碳的另件在表层马氏体点以上等温淬火,使心部先变成马氏体,在随后冷却过程中,表层发生马氏体转变,可保存很大的残余压应力,淬火的缺口多冲弯曲破断次数比普通淬火者要高2—4倍。 3.碳氮共渗后,若在表层的一定深度内出现黑色组织,则此层为残余张应力,使多冲性能大幅度下降。 4.滚压及喷丸强化是提高表层残余压应力的有效手段,可以提高多冲接触疲劳及弯曲疲劳寿命。     

国外信息

北爱尔兰有机化合物公司研制生产了一种可将普通玻璃变成钢化玻璃的钢化剂。这种钢化剂是一种聚酯化合物,把它调配成液剂后涂刷在普通玻璃上,迅速凝固后即形成一层透明膜紧紧的附着在玻璃面上,但它不影响玻璃的透光度,而玻璃的强度则可增强十五倍。普通玻璃经这样处理也能够经受冲击,即使在击碎后,玻渣也会被钢化剂粘住而不会飞溅伤人。此钢化剂现已广泛用于建筑和车辆的窗用玻璃上。     

装配/残余应力对聚碳酸酯刮擦行为影响的数值研究

聚碳酸酯材料在制备、运输和服役的过程中,不可避免会受到表面刮擦的作用,同时,制造和使用过程中产生的残余应力和装配应力通常会对材料的使用性能产生影响.因此,有必要研究装配应力和残余应力对聚碳酸酯材料表面刮擦行为的影响.将残余刮擦深度、沟槽肩高和刮擦切向力作为聚碳酸酯材料刮擦性能的表征指标,采用有限元数值模拟的方法,系统地研究了不同水平的装配应力和残余应力对聚碳酸酯材料刮擦行为的影响.结果表明,压应力可降低聚碳酸酯表面的残余刮擦深度、沟槽肩高和刮擦切向力.研究表明,可以通过在聚碳酸酯材料表面引入装配/残余压应力来提高其耐刮擦性能.     

工程陶瓷磨削表面残余应力与磨削条件及零件性能的关系研究

作为特殊的硬脆工程材料,陶瓷零件的表面性能对表面应力状态非常敏感,残余压应力在一定程度可以提高零件强度和表面性能,尤其是提高断裂强度,残余拉应力的作用则相反;磨削参数的选择和磨削温度对残余应力有很大的影响,改善磨削条件可以改善表面性能,在一定范围内加大磨削深度、降低磨削温度有利于产生对表面性能有益的残余压应力。     

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。     

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。     

渗碳工件的热处理方法和残余应力

本文主要研究渗碳后的不同热处理工艺对表层残余压应力大小及其分布的影响,说明渗碳后等温淬火这项新工艺的特点。研究结果表明,对凿岩机钎尾渗碳后等温淬火有效地提高了凿岩寿命,是由于渗碳淬火造成了表层和心部的成份、组织的差异而使表层产生一层有利的残余应力起作用的结果。文章进一步指出,高碳钢的氮化——淬火工艺往往比渗碳钢具有较高的疲劳强度及使用寿命,可能由于它有更高的表面残余应力。另外,表面复合强化工艺可有效地改善表面残余应力分布,可能是一个值得重视的方向。     

航空钛合金的激光冲击研究

介绍了用激光冲击处理航空材料钛合金TC4提高其力学性能的技术.当利用强激光冲击钛合金表面时,涂层表面形成高幅值冲击波.在冲击波的高压作用下,钛合金表面发生微塑性变形,形成高幅值残余压应力层.激光冲击后,表面压应力层厚度达1 mm以上,压应力达200 MPa以上.随着激光能量的增加,冲击区域的残余应力有增大的趋势,在功率密度由1 GW/cm2增加到5 GW/cm2过程中,其冲击波峰值处的压力线性增加,表面最大残余压应力也相应线性增加;在功率密度为2 GW/cm2时,残余压应力随着次数增加而升高,而且表面硬度也大大提高,从而有效地改善了材料的机械性能,大幅度提高航空材料的疲劳寿命和抗应力腐蚀性能.     

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。