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疲劳失效是金属结构失效的重要形式之一，提高零件疲劳性能可以有效增加结构使用寿命。对于低周和高周疲劳，绝大多数疲劳裂纹萌生于零件表面。因此，表面完整性对金属材料疲劳行为有重要影响。简述了表面完整性的内涵，指出表面完整性不仅包括如粗糙度、波纹度、表面裂纹等的表面形貌特征，也包含如加工之后零件表面的残余应力、塑性变形、组织形貌等物理化学变化特征。总结了表面完整性工艺的研究现状，说明机械铣削、电火花线切割、磨削、喷丸强化、光饰等加工工艺对表面完整性的影响。综述了表面完整性表征模型的建立，指出各表面完整性特征参数对表面完整性影响的比重。分析了国内表面完整性发展趋势，指出表面完整性工艺研究与表面完整性表征模型相互促进的作用，提出表面完整性工艺与表面完整性表征模型的交叉研究。最后，对提高表面完整性及建立影响表面完整性的参数模型提出了建议。

关键词: 表面完整性 , 表面状态 , 表面性能 , 加工工艺 , 表征模型

操纵杆早期疲劳断裂分析

李运菊 , 高威 , 张卫方 , 陶春虎

材料工程 doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2003.z1.030

某操纵杆在拉-拉疲劳试验过程中发生了早期疲劳断裂.对操纵杆断口的宏观特征、微观形貌以及金相组织进行了观察分析.结果表明,操纵杆的表面完整性较差是导致操纵杆早期疲劳断裂的主要原因.

关键词: 钛合金 , 操纵杆 , 疲劳断裂 , 表面完整性

航空发动机高温合金涡轮盘抗疲劳制造评价方法研究

杨健 , 刘国良 , 魏磊 , 吕建勋 , 张爽

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2014.1.015

针对航空发动机高温合金涡轮盘的机加及喷丸强化表面,使用金相显微分析、X射线残余应力检测等实验技术手段,研究了高温合金涡轮盘的表面微观表征及评价方法、力学表征及评价方法.结果表明:(1)机械加工表面微观形貌主要包括:变形层、应变线、皱折、拉扯和白层等特征;喷丸表面微观形貌为表层组织剧烈变形、晶格扭曲和双向交滑移;(2)喷丸后表面残余压应力处于725 ～850MPa范围内;(3)深度为0.02mm的表面划痕对FGH96涡轮盘的疲劳寿命影响较小,深度≤10μm的表面变形层对FGH96涡轮盘的疲劳寿命影响不明显.

关键词: 高温合金涡轮盘 , 抗疲劳制造技术 , 表面完整性 , 显微组织 , 残余应力 , 评价方法

陶瓷材料加工表面完整性及其对材料可靠性的影响

邓建新

硅酸盐通报 doi:10.3969/j.issn.1001-1625.2001.05.008

采用磨削-抛光加工、金刚石锯片切割加工、超声波加工和电火花线切割加工技术对Al2O3/TiC陶瓷材料进行加工.研究了各加工方法对陶瓷材料的加工表面完整性及其可靠性的影响.结果表明:加工方法对陶瓷材料加工表面完整性和可靠性有很大的影响.磨削-抛光加工的陶瓷试样表面粗糙度小,硬度高,抗弯强度及其可靠性最高.金刚石锯片切割加工和超声波加工次之;电火花加工陶瓷试样表面粗糙大,硬度低,抗弯强度及其可靠性最低.电火花加工陶瓷表面产生一硬度低且表面粗糙的约8μm厚的热影响层,加工表面含有大量的电火花腐蚀凹坑,随电流的增大,电火花加工陶瓷试样的抗弯强度及其可靠性降低.超声波加工陶瓷试样的表面完整性与磨料粒度有关,随磨料粒度的减小,陶瓷试样的抗弯强度及其可靠性增加.

关键词: 陶瓷材料 , 可靠性 , 机械加工 , 表面完整性

喷丸、喷砂与HVOF WC-17Co涂层表面完整性对TC18钛合金疲劳性能的影响

杜东兴 , 刘道新 , 孟保利 , 张晓化

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2013.5.003

为了探讨喷丸、喷砂与HVOF WC-17Co涂层表面完整性对Ti5A15Mo5V1Cr1Fe(TC18)钛合金疲劳性能的影响规律和作用机制,利用X射线衍射仪(XRD)、表面粗糙度仪、显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线应力测试仪等分析了喷丸、喷砂及其复合超音速火焰喷涂(HVOF)WC-17Co涂层的表面完整性,利用旋转弯曲疲劳试验机研究了上述表面处理对TC18钛合金疲劳性能的影响规律.结果表明,喷丸预处理比喷砂预处理能够使TC18钛合金表面获得更好的表面完整性,因而显著提高了TC18钛合金的疲劳抗力,而喷砂处理对TC18钛合金疲劳抗力无明显影响.喷丸后进行HVOF WC-17Co涂层处理使TC18钛合金疲劳寿命提高6倍,原因归于喷丸层内仍保留数值较大、分布较深的残余压应力,有效延缓疲劳裂纹的萌生和早期扩展.喷砂后进行HVOF WC-17Co涂层处理使TC18钛合金疲劳抗力显著降低,原因是HVOF过程的高温效应使喷砂层内残余压应力场松弛,使喷砂表面缺口效应和损伤的不利影响作用突显,加之WC-17Co涂层韧性低、表面粗糙度大、存在孔洞型缺陷,不利于抗疲劳性能.

关键词: TC18钛合金 , 表面完整性 , 超音速火焰喷涂(HVOF) , 疲劳性能

加工工艺对7075铝合金紧固孔表面质量的影响

裴旭明 , 陈五一 , 张东初

宇航材料工艺 doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2011.04.013

为确定最佳制孔工艺、获得理想表面特性,从表面完整性和疲劳寿命角度对7075铝合金飞机紧固孔表面质量进行了实验性和数值仿真研究.通过比较常规多步制孔和钻扩铰一步复合工艺(Winslow),发现钻扩铰多步慢进给工艺(DBM)和Winslow所产生的表面具有较小的Ra值,较少的加工缺陷、较大的残余压应力及较高的疲劳强度,而后者的Ra值低于前者60％,疲劳寿命高于前者23％；基于实验数据,建立了切削参数对表面粗糙度和残余应力影响的经验公式；应用数值仿真分析了加工过程中应变和切削温度的变化规律；探讨了Winslow工艺的强化机理；指出适当减少进给量、增加切削速度能够提高紧固孔的表面质量.

关键词: 7075-T7351铝合金 , 表面完整性 , 疲劳寿命 , 紧固孔 , 制孔工艺 , Winslow技术

机加工表面残余应力及其疲劳寿命评价的研究进展

何少杰 , 杨文玉 , 郭步鹏 , 周瑞虎

表面技术 doi:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2015.06.023

随着航空、航天、核电、海洋装备、汽车制造行业的蓬勃发展，特别是国家空天深海战略的实施，高腐蚀、高交变载荷等复杂服役环境对零件的可靠性和使用寿命的要求日趋严格。机械加工表面完整性作为零件性能指标的评价标准，得到越来越多的重视。残余应力作为表面完整性的重要参数之一，与零件疲劳寿命和使用性能密切相关，因此有必要对机械加工过程中残余应力的生成机理进行研究。主要介绍了机械加工表面残余应力的定义及其对材料性能的影响，对中子衍射法和X射线衍射法检测残余应力的优缺点进行了比较，从实验方法、解析方法以及有限元方法3个方面对机械加工过程中残余应力的生成机理进行了总结，分析了切削参数、刀具几何、材料性质对残余应力生成的影响，总结了残余应力与疲劳寿命之间的作用关系。最后，探讨了机械加工表面残余应力生成机理以及疲劳寿命评价研究过程中存在的问题。

关键词: 可靠性 , 机械加工 , 表面完整性 , 残余应力 , 疲劳寿命 , 生成机理

高强度喷丸对300M钢抗疲劳性能的影响

卢国鑫 , 陆峰

机械工程材料

采用喷丸强度分别为0.424 mm和0.576 mm的两种工艺对300M钢进行高强度喷丸强化,从表面完整性、残余应力场、显微硬度及抗疲劳性能等方面研究了高强度喷丸对300M钢的强化效果.结果表明:喷丸强化处理后,300M钢试样喷丸面均被弹坑完全覆盖,表面粗糙度显著提高;喷丸后试样表层形成较高的残余压应力场,表面显微硬度得到提高;喷丸后试样疲劳寿命比喷丸强化前的有小幅提高,较高的表面粗糙度造成的应力集中以及微裂纹的产生是其疲劳寿命没有明显提高的主要原因.

关键词: 300M钢 , 喷丸强化 , 表面完整性 , 残余应力场 , 抗疲劳性能

超高强度钢的喷丸强化

高玉魁 , 李向斌 , 殷源发

航空材料学报 doi:10.3969/j.issn.1005-5053.2003.z1.029

总结了航空常用超高强度钢0Cr13Ni8Mo2Al,30CrMnSiNi2,16Co14Ni10Cr2MoA和40CrNi2Si2MoVA喷丸强化所产生的残余压应力场特征,研究了喷丸所造成的表面粗糙度和表面残余应力等表面完整性变化,初步定性探讨了超高强度钢喷丸强化后表面完整性的改善及其对疲劳性能的影响.结果表明,喷丸可显著提高疲劳寿命和有效提高疲劳极限,而且对某一给定材料而言存在一个最佳的喷丸规范.

关键词: 超高强度钢 , 喷丸 , 表面完整性 , 残余应力 , 疲劳