【技术实现步骤摘要】
激光喷丸强化提高材料抗微动疲劳性能的对比试验方法及试样夹紧装置
本专利技术涉及一种材料改性技术,尤其是一种激光表面强化以及微动疲劳试验技术,具体地说是一种激光喷丸强化提高材料抗微动疲劳性能的对比试验方法及试样夹紧装置。
技术介绍
目前,在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域,其关键零件大多数服役于机械振动、交变疲劳载荷和热循环等复杂多样环境中,这将导致通过螺栓连接、铆接、燕尾榫连接以及过盈配合等方式紧固接触零件之间产生位移量在几十微米的相对位移——微动。在法向载荷的作用下,接触表面上的微动会产生切向交变应力,致使微动疲劳裂纹产生萌生和扩展。微动疲劳在工业中十分普遍,通常出现在接触表面之间而不易被发现与检测,但是它会促使和加速疲劳裂纹的产生和进一步扩展,严重影响机器设备的服役寿命,甚至造成灾难性的后果。因此对微动疲劳的机理以及防范措施的研究具有重要意义,目前对于微动疲劳的研究大多数集中在拉压、扭转或弯曲单轴疲劳载荷下进行,各种载荷形式的复合相对较少。然而,实际的零件工作环境却较为复杂,单纯单轴疲劳载荷的研究难以发现和解决接触区域的多轴非比例疲劳载荷的状态。表面改性技术是提高材料抗微动疲劳性能最有效的途径之一。诸如涂层技术、离子注入技术、预氧化技术以及表面强化等表面改性技术已经相对成熟地运用到工程实际之中,然而这些现有技术均存在一些弊端,渗氮处理会有产生氢脆的风险,热喷涂的过程中表面会过热,离子注入技术的深度较浅,涂层技术的结合力低。激光喷丸作为新型的表面强化的技术,对其的研究和应用已经较为深入,相对于传统的表面改性技术可以获得较深的强化影响层和较好的稳定性,但 ...
【技术保护点】
一种激光喷丸强化提高材料抗微动疲劳性能的对比试验方法,其特征在于:在圆棒试样上进行局部区域激光喷丸强化处理作为激光喷丸区域,作为对比,在轴向相邻的位置预留未经过表面改性处理的区域作为试验对比区域,然后在对应的激光喷丸区域和试验对比区域分别布置微动垫,控制两个微动垫之间的轴向间隔为5~10 mm,并且通过夹紧装置施加50~150 MPa的可控均匀接触法向载荷,在疲劳试验机上给圆棒试样施加拉压、扭转或拉扭复合的交变应力,产生微动疲劳效应;对比经过激光喷丸强化和未经过表面处理区域在不同试验阶段裂纹的萌生及扩展情况,分析得到激光喷丸强化对试样抗微动疲劳性能的提升作用。
【技术特征摘要】
1.一种激光喷丸强化提高材料抗微动疲劳性能的对比试验方法,其特征在于:在圆棒试样上进行局部区域激光喷丸强化处理作为激光喷丸区域,作为对比,在轴向相邻的位置预留未经过表面改性处理的区域作为试验对比区域,然后在对应的激光喷丸区域和试验对比区域分别布置微动垫,控制两个微动垫之间的轴向间隔为5~10mm,并且通过夹紧装置施加50~150MPa的可控均匀接触法向载荷,在疲劳试验机上给圆棒试样施加拉压、扭转或拉扭复合的交变应力,产生微动疲劳效应;对比经过激光喷丸强化和未经过表面处理区域在不同试验阶段裂纹的萌生及扩展情况,分析得到激光喷丸强化对试样抗微动疲劳性能的提升作用。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于它包括以下步骤:在待测圆棒试样(1)的整圆周侧面区域进行激光喷丸强化处理作为激光喷丸区域,作为试验对比,在其轴向相邻位置预留有未经任何表面处理的区域作为试验对比区域;在所述的激光喷丸区域和试验对比区域分别布置半圆环面微动垫(2),其内圆弧半径与圆棒试样(1)的半径相等,四个半圆环面微动垫(2)将两个试验区域贴合包围,控制两组微动垫之间的轴向间隔为5~10mm;利用压紧金属片(3)与半圆环面微动垫(2)紧密贴合,夹紧压紧金属片(3)以固定半圆环面微动垫(2)在圆棒试样(1)上的位置;利用测力元件(4)测量夹紧装置施加于压紧金属片(3)端部的接触压力F,作用在半圆环面微动垫(2)上的法向载荷P(Pa)与F(N)满足以下关系:式中,R为半圆环面微动垫(2)外圆弧半径,b为微动垫的宽度;转动螺纹杆(12),通过夹紧装置拉紧压紧金属片(3),从而给半圆环面微动垫(2)施加50~150MPa可控均匀法向接触载荷;将圆棒试样(1)装夹至疲劳试验机,加载拉伸、扭转或拉扭复合交变疲劳载荷进行多组试验,分别在循环次数为试样总寿命的0.5%-70%时中断试验至少7次,直到循环试验次数达到试样总寿命的70%,若未达到设定的循环次数但监测到裂纹长度达到1~2mm时也同样中断试验;切开试样,借助扫描电镜观察每组试验的试样与微动垫接触的微动区域,分析微动损伤、裂纹萌生部位和大小,对比研究得到激光喷丸强化对试样抗微动疲劳性能的影响力。3.根据权利要求2所述的方法,其特征是所述的激光喷丸强化处理的主要参数为:激光功率密度为2GW/cm2,光斑直径为2mm,光斑搭接率为50%~75%。4.根据权利要求2所述的方法,其特征是所述的半圆环面微动垫(2)的材质与圆棒试样(1)相同,厚度为1.5-2.5mm,宽度为4-6mm,其内圆弧...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄舒,王作伟,盛杰,周建忠,徐苏强,章海峰,王宏宇,孙云辉,
申请(专利权)人:江苏大学,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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