Page 20 - 理化检验-物理分册2021年第二期
P. 20

吕克茂, 等: 简述 2015 年至 2019 年残余应力学术进展


            施。陈辉团队的工作重点涉及疲劳, 并通过试验验                            裂纹萌生和扩展, 对疲劳性能产生不利影响。
            证了平均应力理论即 Goodman 关系, 提及 残余应                           上海汽轮机厂丁丽锋依据测试所得的数据对核
            力对疲劳裂纹扩展速率的影响等。马传平指出, 喷                            电汽轮机低压转子轮盘的喷丸强化残余应力与其疲
            丸的效果较好, 能把表面全部变为压应力状态, 而且                          劳寿命的关系作了评述。一汽集团李润哲从材料热
            在整个疲劳试验周期内( 12×10 周次) 表面应力性                        处理和喷丸工艺方面进行综合研究, 提升了弹簧的
                                         6
            质不发生改变, 可以保证构架侧梁的抗疲劳能力。                            材料性能和制造工艺技术水平, 使得一汽集团生产
                 北京航空材料研究院王欣等针对 FGH96 粉末                       的新一代车型的高工作应力悬架弹簧的寿命得到可
            合金, 研究了一次喷丸、 二次喷丸和车削状态下其表                          靠保障。上海航天控制技术研究所刘焕秀等研究了
            面形貌、 残余应力场和高温低周疲劳寿命, 喷丸介质                          齿轮钢的喷丸强化效果, 对于齿轮钢来说, 喷丸的作
            是陶瓷弹丸 + 铸钢丸 + 陶瓷丸。结果表明, 裂纹萌                        用除了产生残余压应力之外, 还可以降低残余奥氏
            生寿命的差别是造成各种工艺间低周疲劳寿命差别                             体含量提高尺寸稳定性, 增加表面硬度、 耐磨性以及
            的根本原因; 如何通过工艺方法保障粉末合金表面                            抗疲劳性能。中车戚墅堰机车车辆工艺研究所刘忠
            状态, 成为提高其低周疲劳寿命的关键; 二次喷丸后                          伟、 唐亮分析了重载机车齿轮轴近齿端油槽底部断
            表面留下圆滑弹坑使得表面实际微观应力 集中减                             裂事故, 试探采用喷丸、 超声冲击等不同的强化方
            小, 降低了局部的实际受力; 在 0~0.1 mm 处数值                      案。另外轮缘厚度小于全齿高的“ 薄壁齿轮”, 过盈

            较大的残余压应力场, 缓和了实际外加载荷, 也降低                          装配会使齿根产生较大的拉应力, 因此会发生因疲
            了局部的实际受力; 喷丸引入的表层弹塑性形变, 提                          劳而断齿的事故。采用喷丸强化手段, 使齿根的压


            高了进一步滑移萌生裂纹的难度, 这使得疲劳裂纹                            应力达到 -850~-1200 MPa , 保证了薄壁齿轮安
            萌生需要更大的能量, 从而延长了裂纹萌生寿命; 最                          全运行, 由此一项便为公司带来巨额经济效益。近

            关键的是, 低周疲劳可以通过表面强化手段提高寿                            年该团队还进行了直径小于 0.1mm 的微粒子喷丸
            命。王欣、 宋颖刚与沈阳黎明航空发动机公司的孟                            的初步研究, 其可改善齿轮表面质量, 取得了有益成

            震威合作研究了喷丸强化对 M152 马氏体热强钢疲                          果。中科院力学所李正阳研究了激光相变硬化对亚
            劳性能的影响。                                            共析钢接触疲劳性能的影响。激光相变硬化处理后
                 大连理工大学付雪松、 赵慧生等对 TC4 钛合金                      的亚共析车轮钢的抗接触疲劳能力显著增加, 疲劳
            进行湿法喷丸( 湿喷丸机器以空气压缩机为动力, 将                          试验后没有出现明显的塑性变形。经分析, 主要原
            陶瓷弹丸和水按质量比 1∶10 的比例混合成磨液, 以                        因有 3 点: 一是相变硬化层的硬度大, 不易变形; 二
            较高的速度喷射到实验材料表面)。结果表明, 低载                           是硬化层内的残余奥氏体在接触疲劳试验过程中既
            时疲劳裂 纹 源 出 现 在 材 料 次 表 层; 当 外 部 载 荷 为              保证了韧性, 又通过部分形变诱导转变为马氏体, 增
            550MPa时, 裂纹源位置距表面 200 μ m ; 随着载荷                   加了硬度; 三是残余应力的存在延缓了疲劳裂纹的


            增加, 裂纹源逐渐向表面转移。由此笔者联想到, 按                          萌生与扩展。华东交通大学何柏林研究了超声滚压
            照张定铨、 何家文       [ 1 ] 的论述, 基于残余应力在疲劳中              对 45 钢表面完整性和疲劳性能的影响, 滚压对零件
            起到平均应力作用的观点, 依据 Goodman 关系, 可                      表面起到光整作用, 同时产生有益于疲劳强度的压
            以把表面喷丸压应力折算为材料局部疲劳抗力; 当                            应力。西南交大李行、 张继旺对机车车轴钢进行了
            载荷应力低于局部疲劳抗力时, 疲劳寿命提高n 个                           微粒子喷丸, 取得可喜成果。
            数量级之后, 继续循环, 才可能在夹杂物处产生表下                              陆军装甲兵学院董世运、 汪勇等在再制造领域
            疲劳源; 如果疲劳载荷高于或接近局部疲劳抗力, 疲                          进行了大量的残余应力测试和研究工作, 取得了丰
            劳裂纹源自然会相应地转移至表面或近表层。付雪                             硕成果, 核心内容涉及再制造零部件的使用性能和
            松、 赵慧生等还证实, 喷丸处理 TC4 合金因弹丸撞                        寿命与残余应力的关系。
            击使表面粗糙化, 形成微尺度的凹凸起伏轮廓并诱                           1.2  焊接结构的残余应力
            发应 力 集 中 效 应。 喷 丸 强 度 为 0.4 mm , 覆 盖 率                 水利部郑州水工机械质检中心靳红泽等长年从

            200% 时, 表面粗糙化缺口效应的应力集中系 数为                         事水利水电工程中的钢结构焊接残余应力的检测工
            1.42 ,强 化 层 深 度 达 50 μ m 。 当 外 加 载 荷 为             作, 遍及全国各地的著名大型水利水电工程, 将 X


            550MPa时, 缺口根部应力值为 781 MPa , 会 加 速                  射线应力仪应用于现场检测, 积累了丰富的经验和
             2
   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25