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。     

7050铝合金厚板淬火过程的数值模拟研究

采用Deform 3D有限元软件对尺寸为630 mm×300 mm×80 mm的7050铝合金厚板淬火过程进行模拟,研究了厚板的温度和残余应力分布情况,同时对比分析了淬火水温对厚板淬火过程的影响.结果表明,淬火过程中温度分布不均匀,淬火刚开始时,表层温度下降较快,冷却速率约为131.5℃/s,内部温度下降缓慢,冷却速率约为33.2℃/s,厚板整体能够被固溶.淬火初期,厚板表层呈现拉应力,内部为压应力;淬火完成后,心部变为拉应力,最大值为131 MPa,表层为压应力.随着淬火水温的升高,通过淬火敏感区的冷却速率降低,厚板中的残余应力略有减小;采用25～80℃水淬均能获得过饱和固溶体,选用80℃进行淬火时的残余应力稍有降低.     

Cr5支承辊接触疲劳损伤及其次表层组织变化

针对支承辊使用过程中的疲劳失效现象,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、显微压痕仪和X射线应力仪等对滚动接触疲劳前后Cr5支承辊钢次表层组织进行了研究.结果表明,支承辊在交变接触应力作用下发生接触疲劳损伤,疲劳损伤最大值位于距表面约400μm的支承辊次表层.疲劳损伤引起支承辊次表层硬度升高,残余应力减小,耐腐蚀性增强.疲劳硬化层微观组织发生破碎,位错密度升高.在接触应力不变的情况下,支承辊滚动接触疲劳损伤程度随着寿命比例的增加而增大.     

EHL下矿场用重载齿轮的喷丸及疲劳性能分析

弹流润滑（ＥＨＬ）条件下,石油矿场用大模数重载齿轮的承载能力得到提高,齿面接触疲劳失效与齿根弯曲疲劳断裂则成为其主要的失效形式．喷丸强化是改善齿轮表层种种缺陷的有效而简便的方法,喷丸产生的硬化层残余压应力场和显微组织相变是提高齿轮接触疲劳强度的重要因素．从单齿弯曲疲劳,齿面接触疲劳,接触疲劳裂纹萌生与扩展,表层显微硬度,残余奥氏体情况,表层残余应力及亚组织结构等方面讨论了喷丸对齿轮接触疲劳性能的影响．     

7055铝合金的淬火敏感性研究

通过测定时间-温度-硬度曲线并采用透射电镜研究7055铝合金的淬火敏感性.研究结果表明：7055铝合金的淬火敏感温度区间为235～415℃,鼻尖温度约为355℃;7055铝合金的过饱和固溶体在355℃保温时快速分解,析出大量无强化作用的粗大η相,减小基体中溶质原子浓度,降低时效强化效果;该合金较佳的淬火制度为：适当减小高温区间的冷却速率,加大淬火敏感温度区间235～415℃的冷却速率.在此淬火制度下,既可减小铝合金残余应力,又可保证其较佳的力学性能.     

球墨铸铁接触疲劳试验第一阶段小结

表面剥落是等温贝氏体球铗齿轮失效的主要方式。为提高球铁齿轮的使用寿命,必需研究球铁接触疲劳破坏的规律和寻找提高球铁抗剥落能力的措施。本文是球铁接触疲劳试验第一阶段工作小结。使用ZYS—6型接触疲劳试验机测定了经完全奥氏体化(奥氏体化温度910℃)与部分奥氏体化(奥氏体化温度880℃)等温淬火的普通球铁以及经上述两种奥氏体化温度等温淬火的低硫球铁的接触疲劳曲线和接触疲劳极限;研究了当试验用的工作轮由等温贝氏体球铁改为GCr15钢时,普通球铁接触疲劳极限的变化;研究了等温贝氏体球铁基体组织与接触疲劳极限之间的关系;并用金相法研究了球铁的接触疲劳破坏过程。     

中碳合金钢亚温淬火的铁素体量对接触疲劳寿命的影响

本文研究了42CrMo、45CrMnMo二种钢亚温淬火时,亚温淬火温度与未溶铁素体和先共析铁素体量及硬度的关系,测定了铁素体含量对接触疲劳寿命的影响.试验发现,亚温淬火含有铁素体时,接触疲劳寿命比不含铁素体的完全淬火的要好,随铁素体含量增加,接触疲劳性能不断提高,对于42CrMo钢,铁素体含量达到约10%,45CrMnMo达到约8%时,接触疲劳性能为最佳.     

提高机件接触疲劳抗力的途径

本文讨论了接触疲劳试验的方法,确定了试件接触疲劳失效的指标。研究了表面强化层硬度分布、表面薄层软化处理、滑动此等因素对接触疲劳强度的影响。对于表面强化试件,并对其宏观和电镜断口、剖面裂纹及剥落层深度等进行了接触疲劳裂纹的产生和发展过程的观察和分析。试验表明疲劳裂纹是从内部产生的,与最大切应力理论是一致的。可见增加表层强化层的厚度,提高心部和过渡区的强度可提高机件的接触疲劳寿命。此外,本文并根据本试验结果和有关资料讨论了提高机件接触疲劳抗力的途径。     

表面超声滚压加工对配气机构凸轮轴材料滚动接触疲劳性能的影响

为提高某型号发动机配气机构中凸轮材料C53钢的滚动接触疲劳性能,对材料表面进行不同静压力(分别为400,600,800和1 000 N)的表面超声滚压加工(SURP),并分别对加工前后材料的表面形貌、表面粗糙度、显微硬度、表面残余压应力及接触疲劳等性能进行对比研究。研究结果表明:与未加工试样相比,经过SURP的试样其以上各性能都明显提升,其中,当静压力为600 N时,对材料各性能增强作用效果最好,包括使其表面质量最高,显微硬度(HV_(0.2))可由583.4(未加工)提升至661.1(SURP),表层残余压应力从-327.8 MPa(未加工)提高到-1 437.6 MPa(SURP),并具有最长的滚动接触疲劳寿命;额定寿命(L_(10))、中值寿命(L_(50))、特征寿命(L_(63.2))分别为6.419×10~6,8.535×10和9.250×10~6转,分别为未加工试样相对应寿命的7.4,4.8和4.2倍。由此可知,SURP静压力为600 N对该种凸轮轴材料的疲劳性能提升作用最显著。     

预应力硬态切削加工中残余应力的数值模拟

航空轴承外圈的疲劳裂纹分析表明,套圈表面的残余压应力分布致使轴承表面接触疲劳寿命降低。预应力切削是一种能主动控制加工表面的残余应力状态的方法,它是通过预先给工件施加一个弹性范围内的张应力后再进行切削加工。针对预应力硬态切削的特点,建立了切削模拟的三维热力耦合模型;分析研究了材料本构方程、任意拉格朗日-欧拉方法以及刀屑接触面的摩擦模型等切削模拟中的关键技术。最后,通过切削实验和有限元模拟,比较和分析了预应力硬态切削对加工表面应力状态的影响,证明了预应力切削方法能在加工表面产生残余压应力,从而提高加工表面的接触疲劳寿命。     

轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触界面疲劳寿命的影响

为了预测轴承钢硬切削表面残余应力对滚动接触寿命的影响规律,基于高级非线性有限元分析软件MARC,建立了具有平面应变特征的二维滚动接触寿命预测模型,并在二维有限元模型的表面和次表面对应施加了轴承钢硬切削实验所测残余应力,模拟计算典型服役条件下的滚动接触应力;采用基于S N寿命理论的Miner法则,计算轴承钢滚动界面的疲劳接触寿命,分析了在不同摩擦系数、滚动接触频率和外加载荷工况下,硬切削残余压应力对疲劳寿命的影响.结果表明,硬切削残余压应力可使轴承钢的滚动接触疲劳寿命提高10％~30％.其中,载荷对滚动接触疲劳寿命影响最大,摩擦系数的影响最小.     

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。     

高强度轴承钢滚动接触疲劳的Ⅱ型裂纹扩展驱动力

本文探讨了滚动接触产生的残余应力对Ⅱ型应力强度因子幅度(ΔK)的影响,此ΔK_Ⅱ是指承受重复滚动接触轴承圈的次表层裂纹扩展驱动力。对于高强度轴承钢,分别在短寿命(N=2—10~7),产生较小周向残余应力的情况下及在长寿命(N=10~8—10~(10))产生较大周向残余应力的情况下进行了计算。在计算时还把赫芝应力、裂纹相对深度、裂纹倾斜角度及裂纹表面间的摩擦力等作为变量。在下列前提下进行计算:二维的、重复的、无摩擦的纯滚动接触;符合线弹性断裂力学条件;存在的是平面的、小的次表面裂纹。最后将计算结果与实际观察的裂纹生长剥落情况对比。研究结果表明:除裂纹倾角极小的特殊情况外,一般说在较长寿命下所形成较大的残余压应力能明显地使次表层粗糙裂纹的扩展驱动力(ΔK_Ⅱ)减小。     

摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响

以正交剪应力作为滚动接触次表层疲劳损伤评价的临界应力,分析了摩擦系数对滚动接触次表层正交剪应力幅及应力比的影响规律.根据疲劳损伤累积理论及非对称循环应力幅修正公式,建立了支承辊次表层接触疲劳应力与寿命计算模型,用于评价支承辊次表层接触疲劳损伤.实例分析了摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响,结果表明:随着应力比及摩擦系数增大,支承辊的次表层接触疲劳损伤增大,因此,降低支承辊接触摩擦系数,可改善支承辊的疲劳损伤.     

耐冲击工具钢5Cr8MoVSi热处理过程中组织结构的变化

对5Cr8MoVSi钢热处理工艺研究表明，经840℃退火，碳化物类型以M23C6为主，并有少量的MC和M7C3.淬火组织中剩余碳化物以MC和M7C3为主，M23C6型碳化物在淬火加热时大部分溶解．该钢随淬火加热温度升高，淬火马氏体由板条状和针状马氏体混合组织过渡到以板条状马氏体为主．在沉淀硬化的回火温度(485℃)下，淬火针状马氏体仍显示出原马氏体针；而淬火板条状马氏体的板条状方向性几乎被完全切断，显微组织呈均匀化．该钢在1000～1050℃淬火时，残余奥氏体量为10．7％～12．3％，经485℃一次回火时，残余奥氏体量减少不大，因此，应进行二次或三次回火．淬回火HRC硬度最高为58～60．     

从冲击接触疲劳角度论钢的渗碳及热处理工艺

本文对渗碳钢的表层状态与多冲接触疲劳性能之间的关系进行了试验研究,指出:渗碳件的最佳多冲接触疲劳抗力所对应的渗层深度,淬火加热温度,加热时间和回火后表面硬度等是随着材料成分,另件尺寸和冲击能量大小而改变的; 渗层的碳浓度应从马氏体的含碳量,碳化物大小,数量,渗碳层淬透性及淬硬性诸方面综合考虑来确定。文中还指出:带有冲击性质的接触应力作用下的渗碳件,应该采用多冲接触疲劳试验方法来评定材料和热处理工艺。表面滚压强化是进一步提高渗碳件多冲接触疲劳寿命的有效途径。     

风电增速箱输出级齿轮副疲劳寿命有限元分析

建立了风电增速箱输出级斜齿轮副的三维接触有限元模型,计算了静载荷作用下齿轮副的应力应变;基于齿轮材料的疲劳试验常数,计算了材料的近似S-N曲线;对风电增速箱真实载荷谱20种工况的载荷历程进行雨流计数,得到载荷循环数、均值与幅值的关系。在FE-SAFE软件中,对斜齿轮副接触模型进行疲劳寿命分析,研究了载荷、表面粗糙度、残余应力以及轮齿修形量对齿轮副疲劳寿命的影响规律。结果表明,齿轮副应力集中处有少数低寿命点,齿轮副寿命随载荷及齿面粗糙度的增大而减小,残余拉应力使疲劳寿命减小,而残余压应力可使疲劳寿命增大,适度修形可提高齿轮的疲劳寿命。     

预应力硬态切削的残余应力及表面形态

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳寿命.文中针对轴承套圈外滚道表面的残余应力问题,采用预应力硬态切削方法,来主动控制轴承零件加工表面的残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命.通过切削实验对比,分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力和加工表面硬度,并对轴承套圈的加工表面形貌和状态进行了研究.结果表明,预应力硬态切削方法可以在轴承套圈加工表面获得合适的残余压应力状态和良好的表面质量.     

冷轧支承辊剥落原因分析及对策

本文对我厂支承辊剥落原因进行了分析,得出支承辊剥落是由于接触高点应力集中导致次表层产生疲劳裂纹,疲劳裂纹向表层扩展最终产生剥落。     

27SiMn钢“零保温”淬火状态下的组织与性能

本文研究了“零保温”淬火状态下,27SiMn钢的显微组织和力学性能。实验表明,在880℃～910℃范围内,随着温度升高,强、硬度随温度的升高而增加;高于910℃后,随温度的升高,强、硬度逐步下降。在910℃左右淬火,钢的力学性能最好。同时,淬火温度高于880℃,27SiMn钢“零保温”淬火强度、硬度优于传统保温淬火,其原因与奥氏体晶粒的细化和奥氏体中碳浓度分布不均匀有关。