SiCp/Al切削表面层力学物理性能研究

通过切削试验研究,从宏观和微观的角度探讨了SiCp/Al材料本身微观组织结构,切削力,切削温度等因素对已加工表面层硬度和表面残余应力的影响.试验结果表明：已加工表面层硬度和残余应力是各种因素叠加作用的结果,最高硬度值出现在次表层,切削温度升高使表面具有拉应力和加工软化的倾向增大,表面层塑性变形增大使表面残余压应力和加工硬化的倾向增大.     

SiCp/Al切削表面层力学物理性能研究

通过切削试验研究,从宏观和微观的角度探讨了SiCp/Al材料本身微观组织结构,切削力,切削温度等因素对已加工表面层硬度和表面残余应力的影响.试验结果表明已加工表面层硬度和残余应力是各种因素叠加作用的结果,最高硬度值出现在次表层,切削温度升高使表面具有拉应力和加工软化的倾向增大,表面层塑性变形增大使表面残余压应力和加工硬化的倾向增大.     

纯铁车削刀具磨损对表面完整性的影响

在微量润滑方式下采用非涂层刀具进行纯铁材料车削刀具磨损试验,并分别采用新刀具、后刀面平均磨损量为0.12和0.21 mm的已磨损刀具切削纯铁材料,研究刀具磨损对纯铁零件表面完整性的影响规律.结果表明:切削速度对纯铁精加工刀具寿命影响较大,其磨损形式以刀具后刀面刀尖磨损和沟槽磨损为主;高速时表面粗糙度随刀具磨损而快速增加,低速时则先增加后趋于平稳;切削速度为100、300 m/min时,工件表面切向和轴向残余应力随刀具磨损呈先减小后增大的变化趋势,显微硬度则呈先增大后减小的趋势;工件表层晶粒扭曲、拉伸状塑性变形程度增加,表面呈现严重的撕裂和塑性流动等缺陷.     

不同应力下7B04铝合金的疲劳断口

采用金相、电镜扫描显微技术对不同应力下铝合金的疲劳断口显微组织进行分析和对比研究,揭示该合金疲劳裂纹萌生与扩展的微观特征。研究结果表明:疲劳裂纹一般在材料表面或近表面处萌生,与表面的距离随加载应力升高而减小,在应力为285MPa时裂纹于距表面约250μm处萌生,而在430MPa时裂纹萌生于材料表面;在裂纹源附近观察不到疲劳辉纹,且加载应力越高,这个区域的面积就越小,而裂纹扩展区的疲劳辉纹间距随应力的增大而增大;裂纹形成后,微裂纹沿着与应力轴呈45°角的最大切应力方向向纵深扩展,然后转向与拉应力轴正交的方向扩展,最后瞬断,且随着应力的增大,断口上疲劳裂纹扩展区的面积减小,瞬断区的面积增大。     

论积屑瘤对加工精度的影响

在精切削加工时,为什么采用极低或高速切削时工件表面粗糙度低？为什么采用润滑性能好的切削液、刀具前角大、进给量和刀具主偏角小工件表面粗糙度低？为什么工件材料硬度高、脆性大的材料,在切削时粗糙度低？等等。怎么保证加工质量,值得深思。本文论述了在切削塑性材料过程中一种常见的物理、力学作用下,积屑瘤的生长条件,消失、防止措施,及对精加工表面粗糙度产生的影响。     

基于多尺度晶粒细化演变的TC4加工表层硬度预测

表面层微观组织结构变化决定了零件的宏观性能，准确实现零件加工表层微观组织演变预测，进而提高零件加工表层力学性能(如硬度)，是改善零件服役效能以及实现零件长服役寿命可控加工的一种有效方法。切削加工是钛合金TC4零件制造工艺中最基本的加工方法之一，切削过程中材料的剧烈塑性变形导致TC4加工表层微观组织变化复杂，本文针对TC4切削过程中的晶粒细化现象，对不同切削速度(100 ～ 500 m/min)下TC4组织结构多尺度分布特征、晶粒细化演变规律及其对表面材料硬度影响进行了研究。结果表明：TC4加工表层介观尺度(10^-6 ～ 10^-5 m)晶粒细化程度随切削速度提高呈现先增大后减小趋势，切削速度为300 m/min时，加工表面晶粒细化程度达69. 7%，切屑剪切带晶粒尺寸细化至2 ～ 6 μm；微观尺度(10^-8 ～ 10^-7 m)上表现为复杂位错组态和纳米孪晶，纳米孪晶类型主要为 ■压缩孪晶，且纳米孪晶在较高切削速度(> 200 m/min)下产生；基于修正的Z-H晶粒细化模型和纳米孪晶体积分数预...     

铝合金薄壁铸件壳体机加工工艺研究

铝合金薄壁铸件壳体在航空、航天等领域有着广泛的应用,其加工性能好,但结构复杂、硬度低、刚性差、加工时易变形、加工质量难以控制,因此铝合金薄壁壳体的加工一直是机械加工的一个难点。为解决这些问题,首先对残余应力、刀具角度、工件装夹、零件材料这些影响其变形的主要因素进行简要说明和分析;然后针对这些变形因素,提出加工工艺要求。主要包括:对加工刀具及其轨迹进行优化,以提高加工效率改善加工质量,选则合适的刀具材料,增大刀具前角、后角,减少切削时刀具与工件之间产生的摩擦力及切削应力;利用辅助设施、分序过程的间隙进行应力适放以减少加工过程造成的变形;卡具的优化,与零件面接触、受力均匀、避免变形;精车三要素切削深度、速度、走刀量的限定。采用以上工艺加工,可有效减少铝合金薄壁壳体变形,从而满足设计要求。     

7A60铝合金搅拌摩擦加工组织及性能

以7A60铝合金为研究对象,采用搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP)技术对其进行塑性改性并探索加工参数对7A60铝合金组织及力学性能的影响.结果表明:搅拌摩擦加工过程中铝合金发生动态再结晶而形成细小均匀的等轴晶;基体中第二相破碎细化,均匀分布在基体中且组织中η(MgZn_2)相发生回溶;速比因子在很大程度上影响合金性能,随着速比因子的增大,搅拌区硬度先增加后减小.当速比因子为5时,材料显微硬度和抗拉强度达到最高(维氏硬度约120,抗拉强度449.9 MPa),相比母材分别提高37.5%和35.5%;速比因子继续增大时,搅拌头产热量急剧增加,导致材料组织严重粗化且拉伸断口韧窝变浅,使得材料强度和塑性降低.     

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。     

高速车削碳钢工件表面的微观形貌和结构特征

根据对中碳钢所进行的高速车削实验的观察，对高速车削工件表面微观形貌和表层微观结构的形成过程及其特征进行了分析研究．结果表明，切削速度和材料硬度是决定切削过程中材料变形的主要因素，切削热使被切削材料产生高温软化，形成特有的工件表面犁垄和熔融金属涂抹现象，工件表层材料因切削高温出现二次淬火及回火现象，显微硬度发生改变，并出现了硬脆的白层组织．切削过程中的刀一工相对运动和切削热现象对已加工表面的形成起着至关重要的作用，随着切削用量增大，切削热和摩擦热增大，形成了高速车削工件表面特有的微观形貌和表层微观结构．     

基于PCD刀具与硬质合金刀具的硅铝合金高速切削性能研究

针对硅铝合金切削过程中极易产生粘刀并形成积屑瘤,采用正交试验法,以PCD刀具和硬质合金刀具对硅铝合金材料进行高速切削试验,并通过极差分析法分别得到这两种刀具切削硅铝合金时切削参数的最优组合;同时根据每次试验的加工表面粗糙度值和加工表面形貌特征,为了获得更好的表面加工质量,硅铝合金材料的切削加工宜采用PCD刀具。     

超低温挤出切削7075铝合金的组织与性能

超细晶材料的制备过程中会产生大量的热,从而削弱材料的强度,为此,文中提出了超低温挤出切削法(CT-EM)制备超细晶材料的新工艺,以7075铝合金为工件材料,与常温挤出切削(RT-EM)作对比,研究两者切屑的形貌、微观组织与力学性能.结果表明:CT-EM与RT-EM态的切屑分别呈连续和断续状,且前者表面缺陷少,完整性也更好;切屑最大硬度分别可达190(HV)和175(HV),远高于初始材料的硬度(105);经CT-EM工艺后,晶粒被极大程度地细化,直径可达200 nm以下;晶粒细化强化与位错强化是7075铝合金主要的强化机制,CT-EM态7075铝合金的位错密度更高,位错强化对材料硬度的贡献更为显著.     

温度对氮化锆膜微观性能的影响研究

本文以直流脉冲离子源辅助中频磁控溅射方式,在常温和低热条件下在玻璃衬底上制备氮化锆膜,通过扫描电镜和纳米压痕仪对薄膜的表面形貌、显微硬度、表面粗糙度的变化情况进行了研究。结果表明：增加薄膜的沉积温度,导致膜层硬度的降低;膜层中晶粒尺寸增大;微观粗糙度增加;晶粒之间的间隙明显减小;晶粒之间出现明显的镶嵌现象。     

基于微晶刚玉砂轮的20 CrMnTi齿轮成型磨削表面完整性

为研究微晶刚玉砂轮成型磨削20CrMnTi齿轮的表面完整性,开展了20CrMnTi齿轮成型磨削试验,分析了砂轮线速度、轴向进给速度及径向进给量对齿面粗糙度、表层/次表层显微硬度、微观组织和残余应力的影响规律,探讨了由磨削引起的磨削烧伤、微观裂纹等损伤缺陷的形成机理,结果表明:径向进给量对表面粗糙度的影响最显著,砂轮线速度次之,轴向进给速度最不显著;磨削温度过高会导致磨削烧伤,淬火烧伤使得表面硬度提高5%~20%,回火烧伤则导致表面硬度不同程度地下降;表层组织从外至内分别为白层、暗层和基体组织,白层主要由致密的马氏体+碳化物+残余奥氏体组成;砂轮线速度和径向进给量的增大使得由磨削引起的残余拉应力增大,表面残余压应力下降并逐渐向拉应力转变,当表面最终残余拉应力大于材料的断裂强度时,表面产生微观裂纹.     

核电管板错齿BTA深孔加工的孔壁表面完整性研究

目的 提高核电管板错齿BTA深孔加工孔壁表面质量。方法 通过实验探究核电管板深孔加工孔壁表面粗糙度、显微硬度、残余应力随钻削进给量、钻削转速和钻削深度的变化规律,并揭示他们之间的内在影响机制。结果 随钻削进给量的增大,孔壁粗糙度增大,显微硬度先减小后增大,残余压应力先增大后减小;随钻削转速的增大,孔壁粗糙度减小,显微硬度和残余压应力均增大;随钻削深度的增大,孔壁粗糙度增大,显微硬度减小,残余压应力先减小后增大。结论 得出的BTA深孔加工孔壁表面完整性随钻削参数的变化规律,为精密深孔钻削工艺参数优化及加工孔质量控制提供了科学依据。     

功能梯度材料V型缺口根部裂纹场强特性分析

为研究功能梯度材料V型缺口根部裂纹尖端附近的应力场强特性,讨论了指数型梯度材料的裂纹场强特点.以双边V型缺口试件为研究对象,建立试件的有限元分析模型.基于分层法分析静态载荷和阶跃冲击载荷下功能梯度材料V型缺口根部裂纹尖端的应力场强.研究结果表明:静载荷下,缺口根部裂纹前沿中面裂尖等效应力、位移及应力强度因子随着梯度参数β的增大而增大;应力强度因子K随张开角α的增大而减小,且在0°~60°之间减小缓慢,而在60°~90°之间减小程度明显,而在大于90°时随张开角α迅速减小.在冲击阶跃载荷下随着梯度参数β的增大,其动态应力强度因子值减小.     

刀具几何参数对已加工表面残余应力影响的模拟

建立了平面应变状态下的正交切削模型,并基于热-弹塑性有限元理论和改进的Lagrange方法,利用有限元软件对切削过程和残余应力的获得过程进行模拟,得到了已加工表面残余应力的分布规律,以及刀具前角和刀刃圆弧半径对残余应力的影响规律。研究发现,残余应力的数值随着圆弧半径的增大而增大,随着刀具前角的增大而减小。本文的结论可为调整和控制残余应力、提高已加工表面质量提供指导。     

基于大刃倾角刀具的玻璃切削加工机理

针对功能玻璃硬度高、脆性大、容易在已加工表面产生裂纹和凹坑的特性,提出基于大刃倾角刀具的玻璃切削加工方法.该方法能在亚毫米级的切削深度下高效地获得无裂纹和凹坑的完整表面.文中分析了大刃倾角刀具切削玻璃的机理以及刀具参数、切削用量对已加工表面质量的影响.实验结果表明:大刃倾角刀具切削玻璃时,表面粗糙度R_a达0.21μm,表面完整性优于传统的玻璃精磨时的表面;要获得较好的已加工表面质量,刀具参数和切削用量都存在一个较佳的取值范围.     

激光冲击强化对Ti2AlNb合金微观组织及残余应力的影响

Ti2AlNb(O-Ti2AlNb)具有优异的力学性能,在航空发动机方面有远大应用前景.激光冲击强化(Laser Shock Peening,LSP)是一种先进的表面改性技术,能够在材料表面诱导产生高幅值、大深度的残余压应力,改善材料微观组织,提高材料抗疲劳、高温氧化等性能.本文采用激光冲击强化对Ti2AlNb合金进行表面改性,并研究其组织演变、残余应力以及高温环境对性能的影响.结果表明:激光冲击强化能够显著减小Ti2AlNb合金近表面的晶粒尺寸.显微硬度由冲击前的350 HV提升到395 HV;在冲击区域近表面产生了约-377 MPa的残余压应力;而在高温环境中,由激光冲击强化所诱导的材料近表面残余应力随时间逐渐释放,在600℃条件下,残余应力释放较为缓慢;而在720℃条件下,残余应力迅速释放.     

时效态高强铝合金热变形行为及微观组织演变

采用热力模拟试验方法对具有时效态和过时效态初始组织的新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金试样进行了热压缩实验,分析了在热变形过程中的流变行为和微观组织演变。研究结果表明,时效态与过时效态试样都具有动态回复型流变应力曲线特征,且相同变形条件下时效态试样的流变应力高于过时效态流变应力,平均应力指数值分别为6.4525和5.6459,热变形激活能值分别为247.457 kJ/mol和178.252 kJ/mol.两种状态试样热变形组织演变基本规律为:高温条件下,析出相溶入基体组织,晶粒长大倾向高;当变形程度较大时(60%~80%),可以获得细小的晶粒组织;低温变形条件下,析出相含量较高,晶粒长大倾向小。比较发现,高温变形过程中,时效态试样晶粒长大倾向小,变形程度较大时晶粒组织更加细小均匀;而过时效态试样晶粒组织经历了变形较小时的粗化到变形较大时的细化。