2017年37卷6期

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2017-06-目录
2017, 37(6): 0-0.
[摘要](25) [PDF 888KB](1)
摘要:
论文
飞机起落架用超高强度钢应用现状及展望
赵博, 许广兴, 贺飞, 杨旭
2017, 37(6): 1-6. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.001005
[摘要](140) [HTML全文] (34) [PDF 1123KB](4)
摘要:
结合飞机起落架设计思想和需求,介绍国内外飞机起落架用钢的应用及研究进展,总结起落架用钢的应用特点和思路,对比国内外飞机起落架用钢的差距。目前飞机起落架用钢已经形成了低合金超高强度钢和高合金超高强度钢并用的材料体系,建立了完整的抗疲劳制造技术体系。我国起落架用超高强度钢的研制和应用处于国际先进水平。分析讨论了飞机起落架用超高强度钢的发展方向。
超高强度钢高纯净熔炼技术
姜周华, 龚伟, 王承, 战东平, 王瑞
2017, 37(6): 7-15. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000147
[摘要](80) [HTML全文] (26) [PDF 1815KB](5)
摘要:
超高强度钢抗拉强度高、韧性好,具有高的比强度、比模量等特点,被广泛应用于航空、航天及国防等领域。超高强度钢是飞机和航空发动机等航空装备的首选材料,代表了一个国家钢铁材料研究和生产的最高水平,是一个国家科技和国防工业发展水平的重要标志。本文介绍了国内外超高强度钢高纯净熔炼技术方面的发展和应用情况,论述了典型超高强度钢的杂质元素如S,P,O和N等的控制水平以及钢中非金属夹杂物控制的研究现状和发展趋势;介绍了作者近年来在超高强度高纯熔炼技术方面的研究进展,其中,杂质元素和非金属夹杂物控制水平有了大幅度的提升,为我国高合金超高强度钢尤其是超高强度不锈轴承齿轮钢的高纯净熔炼开辟了一条新的工艺路线;最后,指出了我国超高强度钢高纯净熔炼技术的发展方向。
23Co14Ni12Cr3MoE(A-100)钢的研究进展
李志, 古立新, 李惠曲, 马少俊, 盛伟
2017, 37(6): 16-24. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.001006
[摘要](86) [HTML全文] (20) [PDF 3632KB](3)
摘要:
从23Co14Ni12Cr3MoE(简称A-100)钢开坯锻造与基本力学性能的关系、材料热工艺引起的晶粒度变化与基本力学性能的关系、二次硬化析出规律、疲劳性能等几个方面阐述A-100钢的基本特点。在300M钢确立的多次镦拔大锻比开坯的基础上,研究形成了高温均质化处理和第一火次大变形的开坯技术,由此奠定了A-100钢开坯锻造的技术基础。A-100钢断裂韧度更易受到热变形工艺参数的影响,1140℃及以上温度加热后20%以内的小变形导致晶粒粗大甚至出现混晶,降低断裂韧度。低温锻造变形后,A-100钢的二次硬化规律明显变化,抗拉强度峰值温度后移至468℃,过时效随温度的升高,强度降低缓慢。A-100钢具有循环硬化特征,疲劳裂纹扩展性能优于300M钢;3.5% NaCl盐水的腐蚀环境对A-100钢的高周疲劳性能有显著的弱化作用。
渗碳M50NiL钢磨削表面完整性特征及疲劳失效机理
娄艳芝, 李春志, 李旭东, 谢孝昌, 赵振业
2017, 37(6): 25-33. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000127
[摘要](60) [HTML全文] (22) [PDF 5255KB](3)
摘要:
用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、显微硬度计、残余应力测定仪,分析研究渗碳M50NiL钢普通磨削和精密磨削两种工艺的表面完整性特征,通过旋转弯曲疲劳实验实测两种试样的疲劳性能,并对疲劳实验结果进行模拟分析。结果表明:在不考虑表面加工缺陷的理想情况下,渗碳M50NiL钢旋转弯曲疲劳裂纹在亚表面起源;普通磨削产生的表面应力集中,将疲劳源从亚表面移至表面;精密磨削通过优化磨削工艺改善了表面变质层特征,有效抑制了加工表面应力集中敏感,将疲劳源从表面回归至亚表面;旋转弯曲疲劳寿命最高可提高30倍,平均提高15倍。
表层超硬化M50NiL钢接触疲劳失效机理
罗庆洪, 赵振业, 贺自强, 李志明
2017, 37(6): 34-40. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000108
[摘要](64) [HTML全文] (19) [PDF 4916KB](2)
摘要:
应用表面轮廓仪、维氏硬度计、残余应力X射线测定仪、光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、滚动接触疲劳试验机等,对比研究表层超硬化M50NiL钢和M50钢制圆棒试样的硬度梯度、残余应力梯度以及组织结构,实测各自滚动接触疲劳寿命,并对比分析失效过程,探讨表层超硬化M50NiL钢的疲劳失效机理。结果表明:表层超硬化M50NiL钢失效机理回归赫兹理论,为典型的接触疲劳失效特征,接触疲劳寿命大幅提高;高的表面硬度和表面残余压应力,良好的组织结构,能够完全抑制表面起始裂纹的形成,是失效机理回归赫兹理论的主要原因。
表层梯度强化的缺口试样疲劳寿命数值研究
谢季佳
2017, 37(6): 41-49. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000094
[摘要](79) [HTML全文] (20) [PDF 6252KB](1)
摘要:
利用改进的Tanaka-Mura模型,确定复杂疲劳载荷与拉压疲劳载荷之间的等效转换关系,给出残余压应力的影响规律,并利用这一模型,针对含缺口的表面强化处理试样的疲劳寿命与裂纹起源位置进行系统地数值分析。结果表明:缺口试样的疲劳形核寿命和位置与强化层的厚度、表面与基体硬度比以及残余应力相关;强化层厚度变化会改变裂纹形核位置;存在临界厚度,当强化层厚度小于临界厚度,裂纹形核于强化层与基体的界面,否则,形核于强化亚表层或表面;表面与基体的硬度比增加会导致临界厚度增加;残余压应力对疲劳萌生寿命影响较小,而残余拉应力则明显降低疲劳萌生寿命。
GH4169高温合金端面车削表面变质层的形成机理
姚倡锋, 沈雪红, 张定华
2017, 37(6): 50-58. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000112
[摘要](87) [HTML全文] (18) [PDF 6601KB](2)
摘要:
利用实验和DEFORM-3D有限元分析相结合的方法,通过分析不同加工参数下切削力、温度和应变场,以及残余应力、显微硬度、微观组织的变化,研究GH4169端面车削表面变质层的形成机理。结果表明:表面变质层的形成是热力耦合作用于材料微观组织的结果;加工强度增大,切削力和切削热增大,表层金属等效应变增大,塑性变形更加显著,金相组织改变越明显,晶粒变形程度越大;在加工参数范围内,温度影响层深度为130~200 μm,等效应变层深度为100~220 μm,残余应力层为80~110 μm,硬化层深度为50~80 μm,表面变质层深度为2.5~5 μm。
GH4169高温合金车削表面完整性对疲劳性能的影响
武导侠, 张定华, 姚倡锋
2017, 37(6): 59-67. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000100
[摘要](71) [HTML全文] (19) [PDF 5931KB](2)
摘要:
通过车削和旋转弯曲疲劳实验,研究直接时效态GH4169高温合金车削进给量对表面完整性的影响,以及表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明:当进给量f从0.2 mm/r减小到0.02 mm/r时,表面粗糙度Ra从1.497 μm减小到0.431 μm;表面残余应力从拉应力状态逐渐转变为压应力状态;表面塑性变形层从8 μm减小到2 μm左右;表面应力集中系数是GH4169疲劳寿命的主要影响因素,随着表面应力集中系数增大,疲劳寿命显著下降;在实验参数范围内,当f=0.13 mm/r时,可获得好的表面完整性,表面应力集中系数Kst为1.166,表面显微硬度为405.27HV0.025,表面残余应力为82.08 MPa,获得的平均疲劳寿命为6.98×104周次;车削表面疲劳断口具有多源疲劳断裂特征,疲劳源起始于试件加工表面的缺陷处。
基于双参数寿命模型的抗疲劳制造结果参量分析方法
冉刚, 乙晓伟, 张仕朝, 王泓
2017, 37(6): 68-74. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000110
[摘要](60) [HTML全文] (16) [PDF 1589KB](1)
摘要:
为评估抗疲劳主要参量对S-N曲线的作用规律,采用双参数疲劳寿命模型作为分析基础,引入材料本征S-N曲线概念,将制造参量转化为制造结果参量系数,在从理论模型角度系统分析各个参量对寿命曲线的作用规律的基础上,进一步对实验获得的高温合金GH4169在成型机加工、表面完整性机加工和表面高能强化三种制造工艺下的疲劳S-N数据进行疲劳抗力系数Mf和理论疲劳极限Sc对应力集中系数Kt的敏感性进行分析。结果表明:高能强化可显著提高光滑试样和缺口试样的疲劳性能;对于光滑构件或低应力集中系数的构件,高能强化对疲劳性能的提高主要表现在提高了疲劳抗力系数;而对于高应力集中系数的构件,高能强化对疲劳性能的提高主要表现在提高了理论疲劳极限;此外,利用结果参量系数分析S-N曲线的方法,对于理解抗疲劳制造机理具有重要参考价值。
高速铣削参数对TC17钛合金表面变质层的影响
谭靓, 张定华, 姚倡锋
2017, 37(6): 75-81. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000101
[摘要](62) [HTML全文] (30) [PDF 2562KB](3)
摘要:
为优化TC17钛合金球头铣刀高速铣削参数和为控制表面变质层提供实验依据,采用中心复合响应曲面法,建立表面粗糙度预测模型,采用方差分析对模型和输入参数的显著性进行检验,分析铣削参数对表面粗糙度的影响规律,同时对高、中、低三种铣削参数水平下的残余应力、显微硬度和微观组织进行检测。结果表明:该模型可以有效预测球头铣刀高速铣削TC17钛合金后的表面粗糙度,每齿进给量和铣削宽度对表面粗糙度影响显著;铣削后表面为残余压应力状态,随着铣削参数水平的增大,表面残余压应力增大,残余压应力层在20 μm左右;表层显微硬度经历了"热软化-加工硬化-趋于稳定"的过程;表层晶粒出现了破碎、弯折,塑性变形层厚度约为10 μm。
挤压强化对TC17钛合金孔结构疲劳寿命的影响
艾莹珺, 王欣, 宋颖刚, 王强, 罗学昆, 汤智慧, 赵振业
2017, 37(6): 82-87. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000102
[摘要](68) [HTML全文] (21) [PDF 3200KB](4)
摘要:
为提高TC17中心孔试样的疲劳性能,采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线衍射仪等对孔壁表面完整性进行分析,研究孔挤压强化工艺对试样疲劳性能的影响。结果表明:过盈量为0.18 mm的孔挤压试样最小疲劳寿命(14718次)高于原始试样的最大疲劳寿命(13965次);同过盈量为0.28 mm和0.38 mm的试样相比,其疲劳寿命分散性较小、无明显的应力集中现象,具有良好的疲劳寿命增益效果;孔壁表面粗糙度值最低;孔壁内侧形成一定深度的强化层;孔边产生的残余压应力场有效地抑制了孔壁内表面疲劳裂纹的产生,有利于提高孔结构的疲劳性能。
二次孔挤压强化对TB6钛合金疲劳性能的影响
罗学昆, 艾莹珺, 王欣, 王强, 宋颖刚, 汤智慧, 赵振业
2017, 37(6): 88-94. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000123
[摘要](64) [HTML全文] (24) [PDF 2252KB](2)
摘要:
为了提高TB6钛合金耳片孔的疲劳抗力,研究二次孔挤压强化对TB6钛合金耳片孔试样疲劳寿命的影响,采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨二次孔挤压强化对疲劳寿命的增益机制。结果表明:相比过盈配合试样,二次孔挤压强化耳片孔试样的轴向拉伸疲劳寿命显著提高;经二次孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善;孔壁表面粗糙度显著下降;表层晶粒组织发生了明显的塑性变形;显微硬度显著提高;形成了较深的残余压应力场和组织强化层;孔壁表面完整性的改善对微动疲劳寿命的增益具有重要作用。
Al-Zn-Mg-Cu合金铣削表面变形层的微观组织和织构
陈艳霞, 杨延清
2017, 37(6): 95-101. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000109
[摘要](69) [HTML全文] (27) [PDF 3144KB](5)
摘要:
利用透射电镜(TEM)技术以及配套的旋进电子衍射(PED)技术对铣削Al-Zn-Mg-Cu合金表面变形层的微观组织和织构进行研究。结果表明:表面变形层是由最表层的等轴纳米晶/超细晶层和亚表层的层状纳米晶/超细晶层组成,晶粒周围分布大量的粗大晶界析出相(GBPs);最表层再结晶的纳米晶/超细晶的存在说明除了位错运动,动态再结晶也在晶粒细化过程中发挥作用;与原始粗晶相比,加工表面变形层内GBPs和晶内析出相(GIPs)尺寸和密度明显的不同是由于热机械作用诱发析出相重新分布;表面变形层的织构类型为由近铜型织构{112}<111>、旋转立方织构{001}<110>和F型织构{111}<112>组成的混合型织构,铣削加工过程引入的表面剧烈剪切变形是上述织构形成的主要原因。
三种典型发动机用材料疲劳极限应力集中敏感性及喷丸的影响
王欣, 李旭东, 宋颖刚, 王强, 罗学昆, 艾莹珺, 汤智慧, 赵振业
2017, 37(6): 102-107. doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000097
[摘要](70) [HTML全文] (27) [PDF 1832KB](3)
摘要:
针对发动机用C250钢、TA29钛合金和FGH96粉末合金,开展应力集中系数Kt=1和Kt=1.7条件下疲劳曲线研究,并研究喷丸对应力集中条件下疲劳极限的影响。结果表明:当应力集中系数由Kt=1提高到Kt=1.7时,C250钢、TA29钛合金和FGH96粉末合金的107周次疲劳极限分别从757 MPa,366 MPa和566 MPa降低到526 MPa,240 MPa和465 MPa,说明上述三个高强度合金都存在明显的疲劳极限应力集中敏感性;喷丸强化后,Kt=1.7条件下的疲劳极限提高至597 MPa,297 MPa和530 MPa,说明喷丸有助于从工艺角度缓和高强度合金的疲劳极限应力集中敏感性;随着应力集中系数增加,TA29钛合金和FGH96粉末合金的105周次和107周次对应疲劳强度差也随之减小,喷丸处理能够使疲劳性能数据的分散性有所降低。
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