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前混合水射流组合喷丸的机理与试验研究
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作者 马泳涛 张越江 +3 位作者 刘兰荣 李春凡 孙万顺 孙宝成 《表面技术》 北大核心 2025年第9期225-238,共14页
目的对18CrNiMo7-6渗碳钢进行不同丸粒条件下的混合射流喷丸研究。方法基于Hertz理论分析,构建一次喷丸工艺的残余应力场解析预测模型,并进行试验验证,在此基础上获取达到残余应力场近饱和的喷丸试验参数;选择不同的丸粒类型、压力等试... 目的对18CrNiMo7-6渗碳钢进行不同丸粒条件下的混合射流喷丸研究。方法基于Hertz理论分析,构建一次喷丸工艺的残余应力场解析预测模型,并进行试验验证,在此基础上获取达到残余应力场近饱和的喷丸试验参数;选择不同的丸粒类型、压力等试验参数来探究二次微细喷丸处理渗碳钢对其残余应力、表面质量的影响规律。结果在一次喷丸(First-shot peening)处理获得饱和残余应力场的条件下,采用ϕ0.1 mm的铸钢丸和ϕ0.05 mm的强化钢丸/玻璃丸进行二次喷丸(Secondary-shot peening)时,随着喷丸强度的提高,铸钢丸喷丸处理出现了过喷,并发生残余应力消退(消残)现象,在最高强度下残余应力最大值所在深度降低了约50μm,总影响深度降低了约120μm,表面粗糙度Ra随之增大,由0.78μm升至1.78μm;微细强化钢丸未对已有残余应力场造成过大的影响,表面粗糙度先减小后增大,最低为0.81μm;微细玻璃丸对试样的残余应力场、表面粗糙度的影响不大。铸钢丸在压力2 MPa、喷嘴移速16 mm/s,或微细强化钢丸在6 MPa、4 mm/s时,其喷丸效果更好。结论二次喷丸工艺中,在适宜的喷丸强度下使用微细丸粒不仅能增强原有的残余应力场,还可以显著提高一次喷丸处理后的表面质量。 展开更多
关键词 前混合水射流 二次喷丸 微细喷丸 粗糙度 残余应力 饱和残余应力场
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前混合水射流单道次喷丸的特性研究
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作者 孙宝成 刘兰荣 +3 位作者 马泳涛 王俊龙 张越江 孙万顺 《航空制造技术》 北大核心 2025年第17期122-133,共12页
为了研究单道次喷丸的凹坑基础形貌和残余应力场与喷丸参数间的相关规律,总结了影响喷丸改性效果的主要因素及内在关联。试验采用课题组自主研发的前混合水射流喷丸装置,对18CrNiMo7–6渗碳钢进行台上试验。通过调节喷嘴移动速度和更换... 为了研究单道次喷丸的凹坑基础形貌和残余应力场与喷丸参数间的相关规律,总结了影响喷丸改性效果的主要因素及内在关联。试验采用课题组自主研发的前混合水射流喷丸装置,对18CrNiMo7–6渗碳钢进行台上试验。通过调节喷嘴移动速度和更换阻尼来改变试样表面喷丸覆盖率,以此验证覆盖率与单道次坑深、残余应力场之间的关系;通过对射流结构及试验数据的分析,研究喷丸参数对扩散宽度和扩散角的影响;通过改变喷丸参数,验证喷丸强度与残余应力场的关系。试验结果表明,覆盖率是影响单道次坑深的主要因素,在高覆盖率下由于丸粒的重复冲蚀作用造成材料去除,导致单道次坑深增长速率远大于低覆盖率;压力是影响射流扩散角的主要因素,12 MPa后射流扩散角达到稳定值3.3°,并通过回归分析建立了喷嘴入口压力与扩散角的关系式;残余应力场受喷丸强度影响较大,表面残余应力与最大残余应力值所在层深和残余应力总层深受丸粒直径影响较大,相较于大尺寸丸粒,小尺寸丸粒能够引入更大幅值的表面残余应力,最大残余应力值受丸粒速度影响较大。 展开更多
关键词 18CrNiMo7–6渗碳钢 前混合水射流喷丸 凹坑基础形貌 覆盖率 残余应力场
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前混合水射流喷丸单丸粒冲击特性研究
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作者 马泳涛 王俊龙 +4 位作者 孙宝成 张越江 孙万顺 刘兰荣 李春凡 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第15期14-23,共10页
单丸粒冲击特性是研究混合射流表面喷丸强度和覆盖率的基础指标,丸粒特性与靶材特性均会对冲击后的弹坑形态产生影响。以不同热处理后的18CrNiMo7-6低碳合金钢为靶材,研究了不同丸粒冲击条件下的弹坑特性。从弹坑形成机理出发,建立了单... 单丸粒冲击特性是研究混合射流表面喷丸强度和覆盖率的基础指标,丸粒特性与靶材特性均会对冲击后的弹坑形态产生影响。以不同热处理后的18CrNiMo7-6低碳合金钢为靶材,研究了不同丸粒冲击条件下的弹坑特性。从弹坑形成机理出发,建立了单丸粒冲击弹坑尺寸模型,并通过试验研究,修正了高硬度靶材弹坑的误差,使弹坑深度预测误差降低到30%以下。在此基础上,研究了弹坑相关特征参数(深径比、坑深坑直径占比、脊高)的规律。结果表明,丸粒硬度和靶材硬度对深径比以及坑深直径占比影响最为显著,而弹坑周边的脊状结构只存在于低硬度靶材中。各参数对脊高的影响由大到小分别为丸粒直径、丸粒硬度和丸粒速度。 展开更多
关键词 喷丸 前混合水射流 弹坑尺寸模型 深径比 坑深坑直径占比 脊高
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先进喷丸表面改性技术研究进展 被引量:24
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作者 黄志超 吕世亮 +1 位作者 谢春辉 卢能芝 《材料科学与工艺》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期57-61,共5页
综述了先进喷丸表面改性技术研究现状及应用,阐述了微粒子喷丸、激光喷丸、超声/高能喷丸、高压水射流喷丸的基本原理,与传统喷丸对比发现,微粒子喷丸可提高材料的耐磨性,激光喷丸可精确控制定位,超声/高能喷丸可实现材料表面纳米化,高... 综述了先进喷丸表面改性技术研究现状及应用,阐述了微粒子喷丸、激光喷丸、超声/高能喷丸、高压水射流喷丸的基本原理,与传统喷丸对比发现,微粒子喷丸可提高材料的耐磨性,激光喷丸可精确控制定位,超声/高能喷丸可实现材料表面纳米化,高压水射流喷丸可承受半柔性冲击并减少应力集中.此外,对各种喷丸技术综合分析并进行对比,认为超声喷丸、复合喷丸(高能-微粒喷丸,激光-机械喷丸)综合性能最佳,并展望了未来应重点开展的工作. 展开更多
关键词 微粒子喷丸 激光喷丸 超声/高能喷丸 高压水射流喷丸 复合喷丸
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前混合水射流临界喷丸压力的研究 被引量:17
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作者 董星 王瑞红 段雄 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期462-466,共5页
运用动量定理和Hertz弹性接触理论建立了射流弹丸冲击作用靶面上的压力分布模型;应用弹性力学的空间轴对称问题解答,分析给出了载荷作用下靶体对称轴上的应力分布;根据M ises屈服条件,提出了计算临界喷丸速度公式;以出口带圆柱段的圆锥... 运用动量定理和Hertz弹性接触理论建立了射流弹丸冲击作用靶面上的压力分布模型;应用弹性力学的空间轴对称问题解答,分析给出了载荷作用下靶体对称轴上的应力分布;根据M ises屈服条件,提出了计算临界喷丸速度公式;以出口带圆柱段的圆锥收敛型喷嘴为例,应用Fluent软件和Matlab软件,分析建立了喷嘴出口轴线上弹丸速度与喷丸压力的关系式.选用45钢为靶体材料,在给定的喷丸条件下计算了45钢临界喷丸压力值;采用前混合水射流对45钢作临界喷丸压力试验,并用X射线应力分析仪测定试样表面的残余应力.结果表明,临界喷丸压力的理论计算值和试验数据近似吻合. 展开更多
关键词 水射流 喷丸压力 喷丸速度 残余应力
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前混合水射流喷丸表面粗糙度的试验研究 被引量:13
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作者 董星 王瑞红 段雄 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1410-1415,共6页
选择喷丸压力、喷嘴扫描速度、靶距为影响因素,选用直径为0.25mm的玻璃弹丸,应用前混合水射流对45钢和2Al1铝合金材料进行喷丸试验;采用针描法测量喷丸表面粗糙度,利用扫描电镜观察喷丸表面宏观形貌特征.结果表明,前混合水射流喷丸会使... 选择喷丸压力、喷嘴扫描速度、靶距为影响因素,选用直径为0.25mm的玻璃弹丸,应用前混合水射流对45钢和2Al1铝合金材料进行喷丸试验;采用针描法测量喷丸表面粗糙度,利用扫描电镜观察喷丸表面宏观形貌特征.结果表明,前混合水射流喷丸会使受喷材料的表面粗糙度明显增大,且表面粗糙度随着喷丸压力的增加而增大,随着扫描速度的增加而减小,并存在最大表面粗糙度靶距;在整个喷丸表面上出现宽度近似相等的"垄沟"状条形变形带,并布满了无数个形状不规则的无间隙的冲击凹坑,粗糙度曲线呈现"锯齿"形状,它与喷丸表面"垄沟"状形貌特征十分吻合. 展开更多
关键词 水射流 喷丸强化 表面粗糙度 针描法 表面形貌
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高压水射流喷丸强化技术 被引量:43
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作者 董星 段雄 《表面技术》 EI CAS CSCD 2005年第1期48-49,共2页
 基于组织结构和力学行为分析了高压水射流喷丸强化的机理,给出了各种射流形式喷丸强化的作用效果,提出了前混合水射流和前混合自激振荡水射流喷丸强化的新方法。研究表明,高压水射流喷丸强化技术先进、优势明显,具有广阔的应用前景。
关键词 水射流 喷丸强化 疲劳强度 表面改性
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高压水射流喷丸技术及发展 被引量:7
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作者 吉春和 张新民 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2007年第24期86-89,共4页
水射流喷丸强化技术是喷丸领域的又一新技术,它有利于改善材料表面的性能,延长其疲劳寿命,并能克服传统喷丸技术的不足。简单地介绍高压纯水射流、空化射流、脉冲射流、磨料射流等几种高压水射流喷丸技术及它们的发展情况。
关键词 水射流 喷丸强化 纯水射流 空化射流 脉冲射流 磨料射流
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铝合金7075T651高压水喷丸强化工艺试验研究 被引量:11
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作者 曾元松 黄遐 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期219-225,共7页
高压水喷丸强化是金属表面强化的新方法,即利用在水中的高压水射流所产生的气穴效应打击金属零件表面,从而对零件进行表面强化的工艺。基于不同的高压水喷丸强化工艺参数,对航空常用铝合金材料7075T651开展高压水喷丸强化试验,分析了强... 高压水喷丸强化是金属表面强化的新方法,即利用在水中的高压水射流所产生的气穴效应打击金属零件表面,从而对零件进行表面强化的工艺。基于不同的高压水喷丸强化工艺参数,对航空常用铝合金材料7075T651开展高压水喷丸强化试验,分析了强化试件的表面形貌、表面质量、表面残余应力以及强化层组织结构。结果表明,液体冲蚀过程中会产生气泡多次溃灭现象,由此产生同心圆环形强化区域;喷射压力和喷射距离是影响材料表面质量和残余应力分布的重要工艺参数;高压水喷丸强化后强化层晶体取向发生了改变,晶粒明显细化,为原始组织晶粒度的66.7%。 展开更多
关键词 喷丸强化 高压水冲击 铝合金
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水射流表层改性技术研究进展 被引量:5
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作者 马泳涛 翟林邦 +3 位作者 朱泽华 张永宾 刘兰荣 马胜钢 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2021年第7期28-35,共8页
运用水射流技术对高硬度渗碳淬火零件进行局部强化是表层改性研究的一个新兴方向。以表层改性应用为重点,依次介绍了纯水射流、后混合以及前混合水射流的特点及应用场合。在综合对比各种射流特点的基础上,提出了前混合射流是表层改性中... 运用水射流技术对高硬度渗碳淬火零件进行局部强化是表层改性研究的一个新兴方向。以表层改性应用为重点,依次介绍了纯水射流、后混合以及前混合水射流的特点及应用场合。在综合对比各种射流特点的基础上,提出了前混合射流是表层改性中较为理想的一种射流方式,并对前混合射流改性中存在的问题进行了探讨,认为混合射流在射流束形成、参数测量、喷嘴形状与使用寿命上需要深入研究,改性后变质层的表面完整性、表面质量的提升工序及高应力集中处的有效改性、形成射流的连续性和稳定性等问题有待进一步解决。在上述机理问题解决的基础上,对射流改性装备进行完善和提升,可以展开以齿轮、叶片、花键轴等具体零件为对象的工程应用研究。 展开更多
关键词 混合射流 表层改性 抗疲劳制造 表面粗糙度 喷丸
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42CrMo钢等离子氮化和水射流喷丸复合处理 被引量:7
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作者 范航京 梁益龙 +3 位作者 邹雄 杜霈轩 胡君杰 杨明 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期23-29,共7页
利用真空脉冲等离子氮化技术,探究等离子氮化处理的最佳工艺参数;而后利用高压水射流喷丸技术研究了氮化前进行水射流喷丸预处理对氮化层的组织和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对氮化层的显微组织、形貌、含氮... 利用真空脉冲等离子氮化技术,探究等离子氮化处理的最佳工艺参数;而后利用高压水射流喷丸技术研究了氮化前进行水射流喷丸预处理对氮化层的组织和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对氮化层的显微组织、形貌、含氮量、相成分进行检测和分析,采用XRD应力测定仪,表面粗糙度仪,显微硬度仪对渗氮层表面完整性进行了分析。结果表明:等离子氮化工艺最佳温度为530~540℃,等离子氮化后表面完整性(表面残余应力,粗糙度,表层硬度梯度,渗层形貌)得到改善。而经过复合处理使γ'相衍射强度增强,氮化层均匀,渗层厚度增加超过100μm,进一步改善了等离子渗氮层质量和性能。 展开更多
关键词 42CRMO钢 等离子氮化 水射流喷丸 复合处理 表面完整性
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水射流喷丸预处理对42CrMo钢氮化后接触疲劳性能的影响 被引量:8
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作者 黎国猛 梁益龙 +2 位作者 范航京 张雄菲 朱勇 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第18期3107-3112,共6页
利用高压水射流喷丸技术(WSP)和真空脉冲等离子氮化技术,研究了水射流喷丸预处理对42CrMo钢等离子氮化后的滚动接触疲劳性能的影响。采用OM、SEM、TEM、XRD应力测定仪、表面粗糙度仪、显微硬度仪对等离子氮化和复合处理后试样的渗层显... 利用高压水射流喷丸技术(WSP)和真空脉冲等离子氮化技术,研究了水射流喷丸预处理对42CrMo钢等离子氮化后的滚动接触疲劳性能的影响。采用OM、SEM、TEM、XRD应力测定仪、表面粗糙度仪、显微硬度仪对等离子氮化和复合处理后试样的渗层显微组织、结构以及表面完整性进行了表征,并对疲劳断口形貌进行了分析。结果表明:经过WSP预处理后,42CrMo钢获得了更好的氮化效果,疲劳性能得到大幅提升。原因是经WSP预处理后,试样表面细小弥散的氮化物和表层晶粒的细化有利于抑制表面裂纹的萌生与扩展,改变了疲劳裂纹的萌生机制,次表层硬度的提高以及更深的残余压应力影响层推迟了次表层裂纹的萌生,更高的次表层残余压应力抑制了次表层二次裂纹的萌生以及主裂纹的扩展,延长了42CrMo钢渗氮后的接触疲劳寿命,使得失效机理更接近于赫兹理论。 展开更多
关键词 金属材料 42CRMO钢 接触疲劳性能 表面完整性 水射流喷丸 渗氮
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后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响 被引量:13
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作者 吴政协 马泳涛 +1 位作者 龚军振 赵乐川 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期147-152,共6页
目的探究不同后混合水射流喷丸工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等,对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应... 目的探究不同后混合水射流喷丸工艺对18Cr Ni Mo7-6渗碳钢表面性能的影响。方法运用超景深三维显微系统、三维表面形貌测量系统、X射线残余应力分析仪及HV-1000显微硬度计等,对后混合水射流喷丸前后试样的表面形貌、表面粗糙度、残余应力及显微硬度随层深的变化情况进行分析。结果后混合水射流喷丸时,弹丸和水会对试样表层产生一定的冲蚀、磨损、剪切作用,使试样表面产生新的凹坑。表面粗糙度Ra值随着喷射压力P及喷射靶距H的增加而增大,随着喷嘴移动速度v的增加而减小。试样显微硬度最大值都出现在表面,且随层深的增加,硬度值逐渐减小,喷射压力P=300 MPa时,表面硬度值达到62.8HRC,比试样初始表面硬度值增加了7.35%。试样材料所能引入的残余压应力具有固有最大值σmirs,当引入的残余压应力未达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs随喷射压力P的增加而增大,但随喷射靶距H和喷嘴移动速度v的改变变化不大。当引入的残余压应力达到σmirs时,所产生的最大残余压应力值σmcrs即为σmirs,不再改变,但是最大残余压应力距表面距离值zm仍会随着喷射压力P的增加而增大。结论后混合水射流喷丸后,试样表面粗糙度变化较大,表层显微硬度有一定提高。残余应力的分布主要与喷射压力P有关,而与喷射靶距H和喷嘴移动速度v关系不大。 展开更多
关键词 后混合水射流喷丸 表面形貌 表面粗糙度 显微硬度 残余应力
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