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超高强度钢热场-超声复合滚压表层微观组织强化机制

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机械工程学报 2023年第4期59卷 34-42页

作者：栾晓圣梁志强赵文祥肖世宏周天丰王西彬李宏伟刘心藜刘珍妮北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室北京100081 中国航空制造技术研究院北京100024 北京北方车辆集团有限公司北京100072

针对超高强度钢冷塑性变形能力弱、表面形变强化难度大的问题,提出热场-超声复合滚压强化方法。开展45CrNiMoVA钢表面热场-超声复合滚压试验,利用SEM、EBSD和TEM等检测手段,结合表面层残余应力分布结果,表征、分析表层微观组织的演变与... 详细信息

针对超高强度钢冷塑性变形能力弱、表面形变强化难度大的问题,提出热场-超声复合滚压强化方法。开展45CrNiMoVA钢表面热场-超声复合滚压试验,利用SEM、EBSD和TEM等检测手段,结合表面层残余应力分布结果,表征、分析表层微观组织的演变与强化机制。发现在声软化效应和热软化效应耦合作用下,热场-超声复合滚压后45CrNiMoVA钢表层材料的塑性变形程度加剧,塑性变形层深度增加,表层材料发生晶粒细化,形成沿深度方向晶粒尺寸呈梯度分布的微观组织结构,细晶强化和位错强化是主要的强化机制。证明了热场-超声复合滚压方法的有效性,对超高强度钢零件表面强化处理技术的发展具有重要意义。

关键词：热场-超声复合滚压超高强度钢微观组织表面强化

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铁路车轴表面强化技术研究与应用

表面技术 2023年第6期52卷 96-111页

作者：刘里根肖棚韩瑞鹏赵海赵君文韩靖高杰维张飞西南交通大学材料科学与工程学院成都610031 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 马鞍山钢铁股份有限公司安徽马鞍山243000 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731 四川航天烽火伺服控制技术有限公司成都611130

车轴是列车转向架的核心部件之一,引发车轴失效的表面损伤形式主要包括腐蚀、微动磨损和外物致损。表面强化可改善车轴表面完整性,进而抑制裂纹萌生和延缓裂纹扩展,以提高车轴疲劳强度并延长剩余寿命。车轴表面强化技术主要包括滚压、... 详细信息

车轴是列车转向架的核心部件之一,引发车轴失效的表面损伤形式主要包括腐蚀、微动磨损和外物致损。表面强化可改善车轴表面完整性,进而抑制裂纹萌生和延缓裂纹扩展,以提高车轴疲劳强度并延长剩余寿命。车轴表面强化技术主要包括滚压、喷丸及表面感应淬火。首先,概述了国内外普速和高速列车车轴表面强化技术的基本原理:滚压和喷丸等物理强化方式使车轴表面塑性变形硬化并引入残余压应力,表面感应淬火通过马氏体相变提高车轴表面强度并引入残余压应力。然后,重点综述了上述3种表面强化技术的研究进展及其在当前车轴制造过程中的应用,其中,深度滚压是车轴表面强化的主要方式,表面感应淬火主要应用于部分高铁车轴上,而喷丸在车轴上的应用尚少。最后,从经济性和安全性的角度对比了车轴表面强化技术的优劣:喷丸强化深度有限,不足以提高车轴剩余寿命;中碳钢车轴表面淬火方案在淬硬层深度和残余应力大小方面均优于合金钢车轴滚压方案。基于损伤容限设计的评价为未来车轴表面强化技术的研究和应用提供了借鉴。

关键词：车轴表面强化残余应力疲劳强度损伤容限

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表面强化技术在球墨铸铁热轧辊修复中的应用

电镀与涂饰 2022年第22期41卷 1640-1646页

作者：闫立震华北理工大学冶金与能源学院河北唐山063210

综述了堆焊、热喷焊、热喷涂、激光表面改性等技术在球墨铸铁热轧辊修复过程中应用的优缺点及研究进展,对表面强化技术未来的发展趋势进行了分析和展望。

关键词：热轧辊球墨铸铁表面强化焊接激光热喷涂磨损综述

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超声滚压表面强化技术的研究现状与应用

表面技术 2022年第8期51卷 179-202页

作者：孟成赵运才张新宇王鑫何扬张峻江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

超声滚压表面强化技术是一种新型的材料表层后处理工艺,利用预置初始静压力和动态超声冲击力耦合的方式对材料表层进行往复加工,从而达到“削峰填谷”的光整效果,获得更深的表面纳米硬化层和有益的残余应力。首先介绍了超声滚压技术的... 详细信息

超声滚压表面强化技术是一种新型的材料表层后处理工艺,利用预置初始静压力和动态超声冲击力耦合的方式对材料表层进行往复加工,从而达到“削峰填谷”的光整效果,获得更深的表面纳米硬化层和有益的残余应力。首先介绍了超声滚压技术的加工原理和特点,然后从试验影响参数、数值模拟、性能应用、复合加工工艺等几个方面总结了超声滚压技术的研究进展,其中工艺参数(静压力、超声振幅、主轴转速、进给速度、进给量、滚压次数和覆盖率)的择优对材料组织与性能之间的调控效果具有明显改善作用,通过对试验研究中的工艺进行数值模拟,选取优化的工艺参数可以获得较好的材料表面完整性。重点综述了超声滚压处理对金属材料在耐磨性和耐疲劳性能等方面的改善效果,以及其他工艺辅助超声滚压技术对材料性能提升的协同调控作用,通过对超声滚压工艺参数的合理选择,能够实现材料表面纳米结构的形成、有益残余应力的转化和表面显微硬度的提升等方面的协同效果,从而改善材料的微观组织形貌、耐磨性、耐冲蚀性和耐腐蚀性等。最后总结了现有超声滚压表面强化技术存在的不足,并对今后的研究方向进行了展望,即进一步结合工程产品需求和应用领域进行技术创新,进而推动超声滚压表面强化技术的持续发展。

关键词：表面强化表面完整性超声滚压超声冲击力

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激光熔覆制备高熵合金涂层耐磨性研究进展

材料工程 2022年第3期50卷 18-32页

作者：姜明明孙树峰王津王萍萍孙晓雨邵晶刘纪新曹爱霞孙维丽陈希章青岛理工大学山东省激光绿色智能制造技术与装备协同创新中心山东青岛266520 青岛理工大学山东省高校激光绿色智能制造技术重点实验室山东青岛266520 青岛黄海学院山东青岛266427 温州大学机电工程学院浙江温州325035

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合... 详细信息

机械零部件的摩擦磨损主要发生在材料表面,约有80%的零件工作失效是由表面磨损造成的。摩擦磨损增加了材料和能量的损耗,降低了可靠性和安全性。使用激光熔覆技术在基体表面制备高熵合金涂层的方法,能够使涂层与基体实现良好的冶金结合,以达到提升表面耐磨性能的目的。影响高熵合金涂层耐磨性的因素主要有涂层材料的力学性能,如硬度、塑性和韧性;熔覆过程中产生的缺陷,如表面粗糙不平、气孔和裂纹;摩擦工况,如高温环境和腐蚀环境。本文分析总结了激光熔覆高熵合金涂层的耐磨性影响因素及强化机制。首先,阐明了激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度、光斑直径)和后处理工艺(热处理和轧制)对涂层质量及性能的影响;其次,概述了组元元素选择、高温环境和腐蚀环境对涂层耐磨性的影响;最后,对激光熔覆技术制备高熵合金涂层存在的问题进行归纳分析,并对未来的发展趋势进行了展望,如基于远平衡态的材料设计理论研发新材料、利用电场-磁场协同或激光-超声振动复合等新工艺提升涂层耐磨性等。

关键词：激光熔覆高熵合金涂层制备耐磨性表面强化

超声冲击强化焊接接头及金属表面强化研究进展

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表面技术 2022年第6期51卷 89-99页

作者：李美艳薛喜欣张琪宋立新韩彬刘明磊中国石油大学(华东)材料科学与工程学院山东青岛266580 海洋石油工程(青岛)有限公司山东青岛266520 中国石油管道局工程有限公司河北廊坊065000

工程机械零件及焊接结构在服役过程中常常因为表面发生磨损、腐蚀和疲劳断裂而失效,而失效形式与其表面加工质量、应力分布状态和表面性能等因素密切相关。超声冲击是一种利用超声波振动驱动冲击针高速撞击工件表面,使工件表面产生塑性... 详细信息

工程机械零件及焊接结构在服役过程中常常因为表面发生磨损、腐蚀和疲劳断裂而失效,而失效形式与其表面加工质量、应力分布状态和表面性能等因素密切相关。超声冲击是一种利用超声波振动驱动冲击针高速撞击工件表面,使工件表面产生塑性变形和残余压应力的表面强化技术,具有效率高、加工精度高以及加工范围广等优势。概述了超声冲击处理技术在焊接接头处理、金属材料表面强化、激光熔覆–超声冲击复合处理以及超声冲击–化学处理复合强化等方面的研究现状及进展。在此基础上,重点综述了超声冲击处理Al、Mg合金及合金钢焊接接头残余应力、力学性能及抗疲劳性能的变化,归纳了传统金属材料以及新兴高熵合金表面超声冲击处理后的组织、微观亚结构及性能变化,总结了超声冲击对激光改性层组织性能的影响规律以及超声冲击预处理对离子渗氮/渗硫层形成及其性能的影响等。超声冲击处理明显降低了焊接接头的残余拉应力,有效提高其疲劳强度,使金属和涂层表面产生纳米化组织,显著提升材料的表面硬度、耐磨性能、耐蚀性能以及耐高温性能,从而延长工程构件的服役寿命。显然,超声冲击处理技术与表面涂层技术相结合,为工程零部件表面强化提供了新的思路。对于表面涂层,超声冲击能够在兼顾其塑韧性的前提下提升表面性能,获得更高的表面质量、更优异的耐蚀性能和耐磨性能,广泛应用在关键零部件的强化、修复、再制造等领域。另外,超声冲击层内细化的组织和大量的微观亚结构为后续化学处理提供了更多的扩散通道,起到了积极的促进作用。最后展望了超声冲击处理技术在工程结构件中的应用前景及发展方向,为其推广应用提供参考。

关键词：超声冲击焊接接头高熵合金表面强化

激光熔覆CoCrNiMnTi_(x)高熵合金涂层组织及耐磨性能研究

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表面技术 2022年第9期51卷 351-358,370页

作者：高玉龙马国梁高晓华崔洪芝中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111 山东科技大学材料科学与工程学院山东青岛266590 中国海洋大学材料科学与工程学院山东青岛266100

目的针对高铁制动盘等高速强力磨损的关键件,设计激光熔覆CoCrNiMnTi_(x)高熵合金涂层,提高表面的硬度和耐磨性。方法采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备CoCrNiMnTi_(x)高熵合金涂层,利用XRD和SEM对涂层微观组织进行表征,通过显微硬度计... 详细信息

目的针对高铁制动盘等高速强力磨损的关键件,设计激光熔覆CoCrNiMnTi_(x)高熵合金涂层,提高表面的硬度和耐磨性。方法采用激光熔覆技术在Q235钢表面制备CoCrNiMnTi_(x)高熵合金涂层,利用XRD和SEM对涂层微观组织进行表征,通过显微硬度计和纳米压痕仪测试涂层硬度,运用摩擦磨损试验机和三维形貌仪研究涂层的摩擦磨损性能。结果在激光熔覆CoCrNiMnTi_(x)涂层中,随着Ti含量的增加,涂层物相由单一的FCC相转变为FCC+Laves相。由于固溶强化以及Laves相含量增多,涂层的显微硬度不断提高,CoCrMnNiTi硬度达到523HV0.1,最高纳米硬度达到6.91 GPa。CoCrNiMnTi_(x)系涂层的弹性模量大小相近。随着Ti含量的增加,涂层的耐磨性呈现升高趋势,当Ti的摩尔分数增加至0.75时,涂层具有最好的耐磨性,但进一步增加Ti含量时,由于脆硬性的Laves相逐渐增多,磨损形式由低Ti含量时的粘着磨损逐渐转变为高Ti含量时的磨粒磨损,使涂层耐磨性能下降。结论激光熔覆CoCrMnNiTi_(x)涂层可以显著提高基体的耐磨性,Ti的摩尔分数为0.75时,在FCC基体中形成了少量Laves相,既提高硬度,又实现强韧配合,涂层表现出最佳的耐磨损性能。

关键词：激光熔覆高熵合金微观组织耐磨性表面强化

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超声滚压表面复合强化研究综述

表面技术 2024年第10期53卷 41-55,109页

作者：梁浩潘永智孙玉涵张艺嘉潘延安付秀丽济南大学机械工程学院济南250022

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的... 详细信息

超声滚压技术通过位错的湮灭和产生将晶粒细化至纳米级,提高了材料硬度和耐磨损等性能。探讨了如何进一步提升材料的使役性能,通过将超声滚压与其他处理技术相结合形成复合加工工艺,克服单一超声滚压处理工艺的局限性,如超过塑性变形的极限或过度强化带来的起皱、开裂和压溃等。超声滚压表面复合强化技术作为特种复合加工工艺,在零件高性能表面制造中具有明显优势。根据超声滚压在复合工艺中的位置顺序,分别介绍了超声滚压前端强化、同步强化和后续强化3种加工类型。超声滚压前端复合加工技术主要包括超声滚压复合物理气相沉积技术和超声滚压复合离子注入技术等。在超声滚压同步强化方面,讨论了声电耦合和温度场辅助超声滚压对变形层厚度和摩擦磨损性能的影响。在超声滚压后续强化方面,介绍了涂层复合超声滚压技术,讨论了它对涂层裂纹、孔隙以及表面粗糙度的影响。此外,分析了超声滚压对复合强化过程中材料微观组织演化和塑性变形的作用机制,总结了这些技术在改善表面强化效果和满足复杂服役要求方面的研究现状。最后,展望了超声滚压复合强化技术的应用前景和发展方向,强调了它在提高材料使役性能方面的研究价值和目标。

关键词：超声滚压复合强化微观组织演化表面强化

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基于表面完整性的表面强化技术研究综述

塑性工程学报 2023年第10期30卷 12-32页

作者：张旭王晓强田英健卢邑彪石青松付浩然张彪河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003

服役在变载、变速及高温等恶劣工况下的轴承、齿轮和发动机叶片等在面临摩擦、磨损、腐蚀及交变载荷等情况时,经常因为零件的表面性能无法满足复杂工况的要求而发生安全事故。为有效提高轴承等零件的耐磨损及耐腐蚀性能,降低表面摩擦因... 详细信息

服役在变载、变速及高温等恶劣工况下的轴承、齿轮和发动机叶片等在面临摩擦、磨损、腐蚀及交变载荷等情况时,经常因为零件的表面性能无法满足复杂工况的要求而发生安全事故。为有效提高轴承等零件的耐磨损及耐腐蚀性能,降低表面摩擦因数、提高其服役寿命和可靠性,需要提高零件表面完整性,即必须对轴承等零件进行表面强化工艺处理。通过对国内外金属材料表面强化技术的研究现状进行系统地综述,分析了表面机械强化、表面热处理强化、电火花强化、表面镀层强化、超声振动辅助强化以及其复合工艺对金属表面残余应力、表面粗糙度、显微硬度和表层显微组织等表面完整性的影响。其次,总结了各种表面强化工艺的优势和不足,综合了国内外对各强化技术的研究进展,分别对各工艺提高表面质量的未来研究提出了参考性的方向,最后,提出了一种新型金属表面强化技术—磁控溅射-超声滚压复合工艺,以期对金属表面完整性的改善做出新的贡献,方便同领域学者学习参考。

关键词：表面强化表面完整性渗碳超声振动磁控溅射