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超声冲击对搅拌摩擦焊缝疲劳性能的影响

吉林大学学报（工学版） 2022年第11期52卷 2542-2548页

作者：王磊黄秉汉丛家慧回丽周松徐永臻苏州科技大学机械工程学院江苏苏州215000 沈阳航空航天大学机电工程学院沈阳110136 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室沈阳110136

采用超声冲击对铝合金2024-T4搅拌摩擦焊焊缝进行处理,对冲击前后试样进行残余应力、微观组织、显微硬度和疲劳性能的对比分析。结果表明:超声冲击处理之后,试样的表面引入残余压应力,平均残余压应力可达263 MPa;试样经过超声冲击处理... 详细信息

采用超声冲击对铝合金2024-T4搅拌摩擦焊焊缝进行处理,对冲击前后试样进行残余应力、微观组织、显微硬度和疲劳性能的对比分析。结果表明:超声冲击处理之后,试样的表面引入残余压应力,平均残余压应力可达263 MPa;试样经过超声冲击处理表层组织得到细化,变形层深度可达50~70μm,表面硬度由175 HV提升到235 HV;超声冲击处理的试样疲劳寿命明显提高,超声冲击试样是未冲击试样疲劳寿命的1.72~2倍,疲劳裂纹萌生的位置由表面转移至强化层以下的亚表面。

关键词：机械工程铝合金搅拌摩擦焊超声冲击疲劳性能

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

超声冲击与CFRP复合加固焊接接头疲劳性能研究

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建筑结构学报 2023年第3期44卷 113-121页

作者：郑云初明进崔涛李东东赵寒川中冶建筑研究总院有限公司北京100088 北京建筑大学北京未来城市设计高精尖创新中心北京100044 中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600

采用超声冲击或粘贴CFRP等方法都可以起到加固焊接接头的效果,但仍难以满足部分接头的加固需求,且对两种方法的加固机理研究不足。为此,提出了采用超声冲击和CFRP复合加固的方法,设计了仅超声冲击处理、仅粘贴CFRP和复合加固方法的试件... 详细信息

采用超声冲击或粘贴CFRP等方法都可以起到加固焊接接头的效果,但仍难以满足部分接头的加固需求,且对两种方法的加固机理研究不足。为此,提出了采用超声冲击和CFRP复合加固的方法,设计了仅超声冲击处理、仅粘贴CFRP和复合加固方法的试件以及一组未处理的对比试件并进行了疲劳加载试验。结果表明:采用三种处理方法均可以有效提升焊接试件的疲劳强度和疲劳寿命;超声冲击处理后对焊接结构焊缝残余应力的消除作用明显,消除率高达200%以上;采用CFRP加固可以阻碍裂纹扩展,但对焊接缺陷改善效果较小;复合加固方法结合超声加固方法和粘贴CFRP方法的优点,既可以通过超声冲击实现应力重分布,又可以通过CFRP高强度高弹性模量的特点阻止裂纹的产生与发展。

关键词：焊接钢结构超声冲击加固 CFRP 疲劳加载试验疲劳性能

超声冲击辅助熔化极电弧增材制造316L不锈钢的组织和性能研究

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材料导报 2022年第1期36卷 122-125页

作者：杨东青王小伟彭勇周琦王克鸿南京理工大学受控电弧智能增材技术工信部重点实验室南京210094

采用超声冲击辅助熔化极电弧增材进行了316L不锈钢单墙体成形试验,对比研究了超声冲击辅助对成形件组织和性能的影响。结果表明,成形件的组织均由奥氏体和铁素体组成。引入超声冲击后成形件组织细化,晶粒尺寸平均值较未冲击件晶粒尺寸... 详细信息

采用超声冲击辅助熔化极电弧增材进行了316L不锈钢单墙体成形试验,对比研究了超声冲击辅助对成形件组织和性能的影响。结果表明,成形件的组织均由奥氏体和铁素体组成。引入超声冲击后成形件组织细化,晶粒尺寸平均值较未冲击件晶粒尺寸平均值减小了57.1%;铁素体含量由未冲击件的2.4%增加至超声冲击后的6.7%。成形件显微硬度和拉伸性能提高,显微硬度平均值为(182±8.9)HV,较未冲击件提高了5.2%。横向抗拉强度和延伸率分别为(595±14.4)MPa、(44±6.8)%,纵向抗拉强度和延伸率分别为(604±20.7)MPa、(36±3.4)%。

关键词：电弧增材制造超声冲击 316L不锈钢微观组织力学性能

超声冲击改善P355NL1钢焊接接头腐蚀疲劳性能研究

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中国腐蚀与防护学报 2022年第1期42卷 120-126页

作者：王永祥何柏林李力华东交通大学材料科学与工程学院南昌330013

对P355NL1钢焊接接头进行超声冲击处理,研究超声冲击对腐蚀疲劳性能的影响。利用光学显微镜和扫描电镜对超声冲击前后的表层显微结构以及腐蚀疲劳失效断口进行分析,利用电化学工作站对超声冲击前后试样电化学腐蚀速率进行测定。结果表明... 详细信息

对P355NL1钢焊接接头进行超声冲击处理,研究超声冲击对腐蚀疲劳性能的影响。利用光学显微镜和扫描电镜对超声冲击前后的表层显微结构以及腐蚀疲劳失效断口进行分析,利用电化学工作站对超声冲击前后试样电化学腐蚀速率进行测定。结果表明,当试样处于6%(质量分数) NaCl腐蚀溶液中时,焊态试样疲劳强度下降12.5%;在6%NaCl腐蚀液和水介质中,冲击态试样相较于焊态试样疲劳强度分别提高了75%和53%,S-N曲线斜率分别改变75.4%和60.4%。经超声冲击处理后试样表层产生明显的塑性变形层,最大变形层深度约350μm;冲击之后试样的疲劳寿命有很明显提高,疲劳断裂位置也由焊趾处转移到焊缝或者母材区,腐蚀坑数目明显减少。表明超声冲击可以细化晶粒,同时降低应力集中现象,消除有害残余拉应力,引入有益的残余压应力,降低电化学腐蚀速率,提高焊接接头的腐蚀疲劳性能。

关键词：超声冲击焊接接头疲劳腐蚀

超声冲击处理MB8镁合金十字接头的表层组织及疲劳性能

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材料工程 2018年第10期46卷 70-76页

作者：何柏林江明明于影霞李力华东交通大学材料科学与工程学院南昌330013

采用超声冲击方法对MB8镁合金十字接头焊趾处进行超声冲击处理,对比测试焊态及冲击处理态接头的表层组织和疲劳性能。结果表明:超声冲击处理可以在MB8镁合金焊接接头表面获得纳米晶组织。在循环寿命为2×106条件下,焊态试样的条件疲劳... 详细信息

采用超声冲击方法对MB8镁合金十字接头焊趾处进行超声冲击处理,对比测试焊态及冲击处理态接头的表层组织和疲劳性能。结果表明:超声冲击处理可以在MB8镁合金焊接接头表面获得纳米晶组织。在循环寿命为2×106条件下,焊态试样的条件疲劳强度为32.07MPa,冲击处理态试样的条件疲劳强度为41.88MPa,提高了30.59%。未冲击接头疲劳断裂大多发生在焊缝缺陷处,冲击处理后的接头则发生在热影响区。超声冲击处理不仅可以大幅提高MB8镁合金十字接头的疲劳寿命,还可以改变接头疲劳断裂位置。此外,热影响区也是MB8镁合金十字接头疲劳断裂的薄弱区域,这与热影响区晶粒粗大有很大的关系。

关键词：超声冲击 MB8镁合金十字接头疲劳性能断口形貌

超声冲击对30CrMnSiNi2A钢补焊接头显微组织和性能的影响

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机械工程材料 2023年第4期47卷 1-6,39页

作者：张敏张志强雷龙宇杜明科王新宝李毅西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

对30CrMnSiNi2A钢3次补焊接头焊趾区域进行超声冲击处理,通过组织观察、拉伸试验、硬度测试和残余应力测试等方法研究了超声冲击对补焊接头显微组织、力学性能和残余应力的影响。结果表明:超声冲击使得在距离补焊接头表面约100μm区域... 详细信息

对30CrMnSiNi2A钢3次补焊接头焊趾区域进行超声冲击处理,通过组织观察、拉伸试验、硬度测试和残余应力测试等方法研究了超声冲击对补焊接头显微组织、力学性能和残余应力的影响。结果表明:超声冲击使得在距离补焊接头表面约100μm区域产生晶粒细化和塑性变形;由于超声冲击影响层的厚度与补焊件相比较小,因此超声冲击对补焊接头拉伸性能的影响不大;超声冲击使得补焊接头表面的显微硬度显著提高,这与补焊接头表面产生的晶粒细化和位错运动阻力增大有关;超声冲击可将补焊接头在多次补焊过程中累积的残余拉应力转化为残余压应力。

关键词：超声冲击 30CrMnSiNi2A钢补焊显微组织力学性能

超声冲击时间对SMA490BW钢焊接接头组织与性能的影响

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兵器材料科学与工程 2023年第3期46卷 7-12页

作者：丛家慧林方旭高嘉元沈阳航空航天大学机电工程学院辽宁沈阳110136 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室辽宁沈阳110136

对转向架用SMA490BW钢焊接接头表面进行10、15、20 min的超声冲击,在相同应力水平下进行接头疲劳试验,对比试件不同时长冲击后的疲劳寿命。通过金相、表面硬度、残余应力、表面粗糙度测试分析超声冲击提高SMA490BW钢焊接接头疲劳寿命的... 详细信息

对转向架用SMA490BW钢焊接接头表面进行10、15、20 min的超声冲击,在相同应力水平下进行接头疲劳试验,对比试件不同时长冲击后的疲劳寿命。通过金相、表面硬度、残余应力、表面粗糙度测试分析超声冲击提高SMA490BW钢焊接接头疲劳寿命的机理。结果表明:超声冲击处理可提高焊接接头表面硬度、降低表面粗糙度,并引入了残余压应力。超声冲击处理后试样的表层组织塑性变形大,晶粒被拉长、破碎,形成了塑性变形层。超声冲击处理10、15、20 min后,平均疲劳寿命分别提高了82%、342%、482%。

关键词： SMA490BW钢焊接接头超声冲击疲劳性能

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超声冲击纳米化的研究现状与进展

表面技术 2019年第8期48卷 113-121页

作者：曹小建吴昌将顾镇媛陈强福岛良博刘永杰王清远南通大学交通与土木工程学院江苏南通226019 四川大学建筑与环境学院成都610065 九州大学大学院工学府日本福冈819-0395

首先介绍了超声冲击金属表面致纳米化的原理、强塑性变形诱导形成纳米晶的机理及纳米晶尺寸和晶粒取向的分析手段,然后结合表面静压力、振幅、单位面积冲击次数等参数变化,总结了超声冲击对金属硬度、粗糙度、残余应力及疲劳性能的影响... 详细信息

首先介绍了超声冲击金属表面致纳米化的原理、强塑性变形诱导形成纳米晶的机理及纳米晶尺寸和晶粒取向的分析手段,然后结合表面静压力、振幅、单位面积冲击次数等参数变化,总结了超声冲击对金属硬度、粗糙度、残余应力及疲劳性能的影响。超声冲击后,材料表面硬度会大幅提升,表面形貌规则且平整度得到改善。超声冲击诱导产生的纳米晶和残余压应力对提高材料疲劳强度有积极作用。统计认为,超声冲击表面强化对弯曲疲劳试件疲劳性能的提升更大,且试件10^7周次以上的疲劳极限在(0.50~0.65)σb内。对于处理后产生相变的材料,硬度和强度更高的相甚至能将表层硬度和疲劳极限提高到2倍。最后,综合阐述了超声冲击表面强化与等离子氮化、TiN生物覆膜、常规喷丸及激光喷丸等复合处理方式对材料性能的影响,并提出了基于超声冲击纳米化进行混合表面处理需注意的事项:工艺参数和处理顺序要恰当;考虑环境腐蚀时,要对纳米表面进行二次保护,从而提高材料的综合性能;纯机械方式复合处理要根据技术特点来筛选。

关键词：超声冲击纳米化腐蚀植入物疲劳复合表面处理