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喷丸强化件表象疲劳极限优化研究

张志建 , 姚枚 , 李金魁 , 高玉魁 , 王仁智

机械工程材料 doi:10.3969/j.issn.1000-3738.2003.10.003

测定了经不同规范喷丸40Cr钢试样的三点弯曲表象疲劳极限;研究了喷丸后精磨的影响;结合试样表面残余应力场分布及疲劳源所在的位置,分析了其变化规律及机理;探讨了喷丸工艺的优化问题,提出了喷丸残余应力场深度应为奥氏体晶粒平均直径10～15倍的喷丸工艺优化准则;并指出,对重要零件,应在喷丸后进行表面磨削.还提出了应根据材料内部/表面疲劳极限的概念来计算优化喷丸表象疲劳极限的方法.

关键词: 喷丸 , 疲劳极限 , 残余应力

表面强化件的疲劳强度分析及金属的内部疲劳极限

姚枚 , 王声平 , 李金魁 , 王仁智 , 李向斌

金属学报

本文通过对喷丸、渗氮及碳氮共渗试样疲劳行为的研究,提出了金属内部疲劳极限的概念,指出内部疲劳极限约为表面疲劳极限(一般意义上的疲劳极限)的1.35倍,并利用这个概念分析了表面强化件的疲劳强度

关键词: 喷丸 , nitriding , carbonitriding , fatigue limit

不同状态NiCrAlY涂层组织结构的研究

汝继来 , 王仁智

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.1999.02.005

对DD2镍基单晶材料表面上采用阴极电弧镀(APD)方法获得NiCrAlY防护涂层的原始涂层、扩散处理涂层、塑变涂层以及塑变后时效处理涂层等的表面与内部的相结构进行了试验研究.结果表明,厚度约130μm的涂层中主要由Ni3Al基体(有序或无序)、简单立方NiAl和Cr三种物相构成,但不同状态的涂层由不同的相结构组成,且沿着涂层深度有着各自不同的分布;塑变使扩散处理析出的NiAl新相又发生回溶,而在高温(1100℃)下对塑变涂层时效处理后,NiAl相又重新析出.

关键词: 抗氧化涂层 , 物相分析 , 相转变 , 表面形变处理

弹簧表层优化喷丸残余应力场的工程计算方法

王仁智 , 姚枚

材料热处理学报 doi:10.3969/j.issn.1009-6264.2003.04.001

以往多是依靠疲劳试验或经验来选择弹簧的喷丸强化工艺参数,这种传统作法不仅人力和物力耗费大,而且所确定的工艺参数也不一定具有最佳的强化效果.依据作者提出的并已获得试验验证的"内部疲劳极限理论",提出一种通过工程计算获得达到预先规定疲劳强度应具备的"优化残余应力场".这样便有可能把喷丸强化工艺技术在制造业中的应用由以往单纯依靠试验和经验而步入到以工程计算为基础与少量典型试验相结合的更科学的途径.

关键词: 喷丸强化 , 疲劳极限 , 残余应力场 , 优化残余应力场计算

喷丸处理对热障涂层中NiCrAlY结合层的影响

高阳 , 潘峰 , 曾飞 , 王仁智

材料保护 doi:10.3969/j.issn.1001-1560.2003.07.005

采用3 kW射频电源在经真空电弧镀涂敷了NiCrAlY过渡层的涡轮和导向叶片上沉积ZrO2陶瓷层.对NiCrAlY涂层进行喷丸形变处理,研究了喷丸工艺对NiCrAlY涂层显微结构、相结构、残余应力和高温氧化性能的影响.结果表明:喷丸形变处理使涂层表面拉应力变为压应力;消除了NiCrAlY涂层气孔等缺陷,表面粗糙度Rz值由16.4 μm减小到3.3 μm;喷丸后涂层抗氧化性提高3倍.

关键词: 热障涂层 , 残余应力 , 射频磁控溅射 , 喷丸形变

汽车悬架簧早期疲劳断裂原因的试验研究

王仁智 , 姜传海

材料热处理学报

采用同一种55CrSi钢但抗拉强度相差7%的两种钢制成的弹簧,虽经过同一台喷丸机床喷丸强化处理,但在疲劳抽检试验时发现,强度稍高的簧达到了规定的疲劳断裂寿命（N=4×105cycles）要求,而强度稍低者的疲劳断裂寿命为N=2.6×105cycles。制造者认为,材料的抗拉强度偏低是导致发生早期疲劳断裂的主要原因。但是通过本文完成的大量试验及其分析表明,由于弹簧在线生产中喷丸强度的偏低、喷丸工艺欠稳定、以及喷丸质量监控的缺乏等所导致的组织结构强化效应的降低,是发生早期纵向切断型（LSF）模式疲劳断裂的主要原因。这一分析结果表明,弹簧的喷丸强化工艺不良,是导致发生早期疲劳断裂的主要原因。由此可见,只有正确地认识和恰当地运用喷丸强化工艺中的＂显微组织结构强化机制＂,才有可能有效地避免弹簧发生早期纵/横向切断型（LSF/TSF）模式的疲劳断裂,从而制造出具有高疲劳断裂抗力的NTF模式疲劳断裂的弹簧。

关键词: 圆柱螺旋弹簧 , 纵向切断模式疲劳断裂 , 喷丸强化 , 显微组织结构强化机制

金属晶粒纳米化与亚晶粒纳米化技术

王仁智

材料热处理学报 doi:10.3969/j.issn.1009-6264.2002.03.018

关键词:

射频磁控溅射沉积热障涂层结构特征及高温氧化性能

高阳 , 陈孟成 , 李建平 , 汝继来 , 王仁智

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2000.03.012

采用3kW射频电源在经真空电弧镀涂敷了NiCrAlY过渡层的涡轮和导向叶片上沉积 ZrO2陶瓷层,对其组织结构与元素面分布进行了电子探针测试.对NiCrAlY涂层进行喷丸形变处理,研究了不同时效温度下的应力变化.测试了热障涂层高温氧化与热冲击性能,结果表明,经1100℃静态氧化100h和热冲击500次陶瓷层未剥落.

关键词: 射频磁控溅射 , 热障涂层 , 喷丸形变 , 热冲击

喷丸强化的基本原理与调控正/切断裂模式的疲劳断裂抗力机制图

王仁智 , 汝继来

中国表面工程 doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.04.001

20世纪90年代前,汽车上使用的各种圆柱螺旋弹簧(以下称弹簧)承受较低的扭转疲劳载荷,在交变正应力作用下,绝大多数发生的是宏观正断型疲劳断裂,其形貌呈45°斜断口.因为喷丸强化弹簧表层引入的残余应力与外施交变正应力间存在交互作用,所以都利用喷丸强化工艺中的“应力强化机制”提高其疲劳断裂抗力.但21世纪伊始,随着轿车结构的迅速发展,设计者迫切要求弹簧承受的扭转疲劳载荷水平与日俱增,由此导致喷丸强化的弹簧除正断型的疲劳断裂外,时而出现纵向或横向切断型的疲劳断裂,由此引发疲劳断裂抗力发生显著下降,以往很少出现这种难以理解的现象.目前从事喷丸强化工艺技术的弹簧制造行业很少有文献关注这类问题.文中通过逻辑思维对弹簧的受力分析得出的诠释发现:在切断模式下,喷丸引入的残余应力与外施交变切应力之间不存在交互作用,表明“应力强化机制”在改善切断型疲劳断裂抗力中的强化作用已经基本消失.根据作者提出的喷丸强化工艺原理,喷丸同步引入弹簧表层的是由残余应力与循环弹塑性变形改性的组织结构组成的一对“孪生”,通过分析作者发现,“孪生”中改性的显微组织结构形成的“组织结构强化机制”取代“应力强化机制”起到了改善切断型疲劳断裂抗力的作用.研究结果还表明,优化的喷丸强化工艺必须同时具备“组织结构强化机制”和“应力强化机制”,才能够起到改善正断型和切断型疲劳断裂抗力的作用.

关键词: 喷丸强化原理 , 疲劳断裂抗力 , 疲劳断裂强化机制 , 疲劳断裂模式分类法