喷丸残余应力及工艺参数优化

运用商用软件ABAQUS建立了铸钢钢丸冲击结构钢靶材的三维有限元模型.采用显示算法(ABAQUS/EXPLICIT)研究了不同喷丸工艺参数下喷丸残余应力场的分布特点.重点研究了喷射速度、弹丸尺寸、入射角、覆盖率和靶材屈服强度对喷丸残余应力的影响规律,进而得出最优喷丸工艺参数,为实际应用提供了理论基础.最后讨论了摩擦力对残余应力场的影响:垂直入射时,摩擦力使最大残余压应力偏大;倾斜入射时,摩擦力使最大残余压应力偏小.     

循环载荷下喷丸残余应力松弛特性的数值仿真

喷丸引入的残余压应力场可以有效地提高材料的疲劳抗性,但该残余应力并非一成不变,其在循环载荷作用下的松弛特性会减少喷丸对材料疲劳抗性的增益效果.为了快速、便捷地得到稳定状态的喷丸残余应力场,文中建立了一种用于预测循环载荷下喷丸残余应力松弛的数值方法,应用该方法成功得到了7075铝合金试样在不同喷丸强度及载荷强度下的稳定残余应力场,仿真结果与采用X射线衍射法得到的实验结果相吻合,从而验证了该数值方法的正确性.采用该数值方法,文中还进一步研究了疲劳载荷循环次数、应力比、初始残余应力场及喷丸引入的塑性应变等因素对喷丸残余应力松弛的影响.     

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％.     

激光冲击、喷丸及其复合强化对TB6钛合金表面完整性及轴向疲劳性能的影响

 为了提升TB6钛合金旋翼的疲劳性能,研究了喷丸、激光冲击及两者的复合工艺等3种表面强化方法对钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律。采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪和扫描电子显微镜分别对加工前后试样的表面形貌、表面残余应力分布和微观组织等表面完整性特征参数进行了表征,并采用疲劳试验机分别测试了轴向应力疲劳寿命和疲劳极限。结果表明,在相同加载条件下,相比磨削试样,采用单一的激光冲击试样的轴向应力疲劳寿命提高了32.2倍,而单一的喷丸和激光冲击+喷丸复合强化的试样疲劳寿命均提高了至少126.4倍。激光冲击+喷丸复合强化表现出比单一的喷丸强化更优的疲劳极限增益效果。     

喷丸处理对6061铝合金抗腐蚀性能影响

将6061铝合金进行超声喷丸处理,喷丸时间分别为0、90、180、270 s。对喷丸面进行表面粗糙度、显微维氏硬度、残余应力测量,采用标准中性盐雾腐蚀试验探究不同喷丸处理试样的抗腐蚀行为,分析粗糙度、硬度、残余应力对其抗腐蚀性能的综合影响。试验结果表明:随着喷丸处理时长由90 s变至270 s,铝合金表面粗糙度逐渐降低,硬度在距喷丸表面0～600μm之间有较为明显的提高,表面残余应力有显著提高,并且粗糙度增加会促进盐雾腐蚀,硬度与残余应力升高会抑制盐雾腐蚀,盐雾腐蚀结果表明,在喷丸处理时长由0s变至270 s的4个试样中喷丸90 s时的盐雾腐蚀速率最快,而喷丸270 s时的试样盐雾腐蚀速率最慢。     

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。     

飞机受损件激光喷丸残余应力调控研究

论文基于残余压应力-激光喷丸搭接率的拟合关系式,设计出非均匀搭接率下的激光光斑位置路径;基于ABAQUS软件建立了7075-T6铝合金受损件激光喷丸有限元模型,实现了非均匀搭接率下激光喷丸有限元数值模拟并获得残余应力场的分布情况.结果表明,采用非均匀搭接率的激光喷丸方法可使试样表面在打磨或受到拉伸载荷后仍处于应力均匀分...     

基于覆盖率和喷丸强度的喷丸工艺数值模拟

覆盖率和喷丸强度是喷丸工艺实现标准化的重要参数,但这2个喷丸执行参数既不能在生产中由喷丸设备直接设置,又不能在喷丸数值模拟模型中作为参数直接输入。为了在喷丸数值模拟中实现对覆盖率和喷丸强度的计算和控制,建立包含多弹丸模型和阿尔门试片模型的数值模拟仿真体系;基于Avrami方程和开发的Python程序,提出在特定覆盖率目标下生成多弹丸的随机初始位置的算法,在Abaqus平台下快速建立考虑覆盖率的多弹丸模型;采用DEM-FEM耦合方法,基于粒子生成器建立考虑喷丸强度的简化阿尔门试片模型;开展喷丸实验,通过对比喷丸强度、受喷工件的残余应力和表面粗糙度,验证所建立的喷丸数值模拟仿真体系的有效性;基于建立的喷丸数值模拟仿真体系,进一步探究影响喷丸效果的因素。研究结果表明：在相同的覆盖率下,喷丸强度越高,靶材的残余压应力场对应的深度越大,而靶材的表面粗糙度也会增大。当覆盖率和喷丸强度都相同时,小尺寸和高速的弹丸在获得更高的峰值残余压应力的同时,表面糙化现象也会越严重。仅控制喷丸执行参数并不能保证一致的喷丸强化效果,要实现对喷丸强化效果的精准控制,需要在考虑覆盖率和喷丸强度这类执行参数的同时,考虑弹...     

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。     

喷丸强化铝锂合金单边缺口拉伸试样谱载寿命预测

基于断裂力学的方法,对喷丸强化铝锂合金单边缺口拉伸试样在Mini-Twist载荷谱下的疲劳裂纹扩展行为进行研究.使用权函数计算裂纹在外加载荷和残余应力场共同作用下的应力强度因子;考虑到裂纹存在的闭合效应,基于NEWMAN的拟合公式,计算并更新Mini-Twist载荷谱下的张开应力.分析不完整的残余应力场测量结果对寿命预测的影响,发现不完整的测量数据对深度较小的残余应力场的寿命预测结果影响更大.     

304不锈钢板材喷丸强化处理最佳工艺参数研究

文章运用ANSYS/LS-DYNA建立了304不锈钢板材多丸喷丸硬化处理的有限元模型,模拟了不同喷丸参数(弹丸的速度、半径和强度)对304不锈钢板材残余应力的影响规律。先计算不同层深的平均残余应力值,以得到不同参数下最大残余应力场;再对模拟结果采用逐步回归分析法建立残余应力关于工艺参数的最优回归方程,从而获得了最大残余应力随不同参数的变化图,并通过残余应力测试对上述方程进行了验证。结果表明:数值计算所得最优回归方程计算结果和实验结果相符,可据此针对所需的最大残余应力要求确定喷丸工艺参数,为工程实践提供依据。     

弹簧钢60Si2Mn脱碳表面的应力分析

弹簧钢60Si2Mn在热处理过程中会发生脱碳.由于脱碳会严重影响零件的使用性能,因此可采用喷丸的方法来提高零件的使用性能,喷丸在材料表面产生的残余应力是二维的.基于此,讨论了喷丸强化对脱碳表层的影响,利用X射线应力分析技术及Mises等效应力法,可测得弹簧钢60Si2Mn脱碳表层在喷丸前后的屈服强度.实验结果表明,喷丸试样的表面屈服强度比未喷丸试样的表面屈服强度有了很大的提高,这说明了喷丸可以改善脱碳零件的性能.     

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。     

超音速喷嘴喷丸对E690海工钢性能影响

为了强化材料表面性能,利用残余压应力场抑制微裂纹的萌生扩展,本文以E690海工钢为研究对象,利用超音速喷嘴大幅度提高喷丸速度,通过控制质量流量和喷丸时间,对比分析超音速喷丸和常规喷丸对材料表面性能的影响。数值模拟表明,超音速喷嘴的丸粒速度是常规喷丸的2倍左右。实验结果表明,两种喷丸工艺均能强化表面性能,超音速喷丸的强化效果明显优于传统喷丸。超音速喷丸后,表面硬度更高、粗糙度更小、残余应力更大、显微硬度更高,强化层深度比常规喷丸深5～10μm,出现微裂纹的强化喷丸时间更长。     

喷丸强化连杆残余应力的测试与分析

为比较滚筒抛丸机喷丸和悬挂式抛丸机喷丸在连杆表面产生的残余压应力的大小，用钻孔贴应变片法对喷丸强化连杆的表面残余应力进行了测试．结果表明：喷丸强化能够有效地在连杆表面产生残余压应力，且悬挂式抛丸机喷丸在连杆表面产生的残余压应力大于滚筒抛丸机喷丸引起的残余压应力．文中对测试误差来源也进行了探讨．     

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.     

复合表面改性对M50NiL钢拉压疲劳寿命的影响

为提高M50NiL钢的疲劳性能,在对M50NiL钢进行渗碳处理的基础上,分别进行单一磨料水射流喷丸、磨料水射流喷丸+表面超声滚压复合表面改性处理试验,研究表面形貌、表面粗糙度、残余应力场、表层硬度和疲劳寿命的关系.研究结果表明:与单一磨料水射流喷丸处理相比,复合表面改性处理可提高试样表面完整性.在表面形貌方面,复合表面...     

喷丸覆盖率对800合金传热管残余应力和抗应力腐蚀开裂性能的影响

采用自主设计的喷丸机对核电蒸汽发生器用800合金传热管进行了外表面喷丸处理.研究了不同喷丸覆盖率对核电蒸汽发生器用800合金传热管的表面形貌、残余应力及其在10%Na OH溶液高温高压环境下的抗应力腐蚀开裂(stress corrosion cracking,SCC)性能的影响.结果表明,喷丸处理能显著改变800合金传热管的表面形貌和应力状态,且随着喷丸覆盖率的增大,800合金传热管中的残余应力减少,抗应力腐蚀性能显著改善.     

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.     

安全端焊接残余应力对裂纹尖端力学参量的影响

焊接残余应力是导致核电一回路安全端异种金属焊接接头引导力腐蚀开裂(SCC)的主要因素之一,同时焊接接头区域材料力学性能不均匀性使得SCC裂纹尖端力学场分析变得更为复杂。为了了解核电一回路压力容器安全端异种焊接结构中残余应力对裂纹尖端力学参量的影响,本文通过有限元手段分别利用预定义温度场法和导入预应力法对核电一回路安全端焊接接头中的残余应力分布进行模拟,并计算分析了焊接残余应力作用对安全端焊接接头中SCC裂纹尖端主要力学参量的影响。研究表明,导入预应力法是较理想的焊接接头残余应力场模拟方法;裂尖应力、应变以及J积分均与残余应力的分布规律有很大的关联性;当裂纹长度小于管壁厚度的三分之一时,裂尖应力应变和断裂参量随裂纹长度增加而增大,之后趋于平稳;当裂纹长度接近30 mm时裂尖法向应力由正变负,裂尖应力应变随裂纹长度的增大而减小,有可能造成SCC裂纹扩展停滞。研究结果为日后定量预测安全端SCC裂纹扩展历程奠定了一定的理论基础。