喷丸处理40Cr钢缺口构件的疲劳断裂机制及寿命预测

发布时间：2021-05-26 11:48

　　绝大多数工程构件不可避免的存在缺口、裂缝等横截面突变的情况,这种情况在实际应用中会在局部造成严重的应力集中,从而在交变载荷作用下容易断裂失效。为了研究这类工程上遇到的实际问题,往往采用带缺口小试样来探究循环载荷对构件安全性能的影响。本文以齿轮常用的材料中碳合金调质40Cr钢为研究对象,利用喷丸强化处理技术改善缺口部位的表面完整性,通过综合对比分析了不同喷丸强度及覆盖率参数下材料的显微硬度、微观组织、表面形貌、残余应力、疲劳极限以及疲劳断口形貌变化情况,系统研究了喷丸处理对40Cr钢表面完整性和疲劳性能的影响。同时在已有的带缺口构件局部疲劳强度预测方法的基础上,对喷丸强化处理后缺口构件的局部疲劳强度预测做了深入探究。以试验、理论和模拟相结合的方法,通过综合考虑应力梯度、残余应力、加工硬化和表面粗糙度的影响,对喷丸处理过的40Cr钢缺口试样进行了局部疲劳强度的预测评估。试验研究表明,调质40Cr钢经过喷丸处理后在试样表面形成了一定深度的塑性变形层和较高数值的残余压缩应力。随着喷丸强度的增大,材料表面显微硬度明显增加。通过观察表面三维形貌发现,随喷丸强度的增大表面粗糙度逐渐增大;提高喷丸覆盖... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景和意义
    1.2 疲劳性能研究概述
        1.2.1 疲劳的分类及特点
        1.2.2 疲劳性能的影响因素
        1.2.3 疲劳失效特征
        1.2.4 提高材料疲劳性能的措施
    1.3 疲劳寿命预测研究简介
        1.3.1 疲劳寿命预测研究进展
        1.3.2 S-N曲线法
        1.3.3 等效应力法
        1.3.4 场强能量法
    1.4 喷丸强化研究现状
        1.4.1 喷丸技术发展
        1.4.2 喷丸强化工艺
        1.4.3 喷丸强化机制
        1.4.4 喷丸对疲劳寿命的影响
    1.5 本课题的研究内容
第2章 试验材料、方法及设备
    2.1 试验材料
    2.2 试验方法及设备
        2.2.1 喷丸处理试验
        2.2.2 拉伸疲劳试验
        2.2.3 旋转弯曲疲劳试验
    2.3 性能测试方法
        2.3.1 微观组织分析方法
        2.3.2 显微硬度分析方法
        2.3.3 残余应力分析
        2.3.4 X射线衍射分析方法
        2.3.5 表面三维形貌及粗糙度分析
        2.3.6 疲劳断口形貌分析
    2.4 本章小结
第3章 喷丸强化对40Cr钢表面完整性的影响
    3.1 喷丸强度参数对表面完整性的影响
        3.1.1 显微硬度分析
        3.1.2 显微组织分析
        3.1.3 X射线衍射分析
        3.1.4 表面形貌分析
        3.1.5 残余应力分析
    3.2 喷丸覆盖率参数对表面完整性的影响
        3.2.1 显微硬度分析
        3.2.2 显微组织分析
        3.2.3 X射线衍射分析
        3.2.4 表面形貌分析
        3.2.5 残余应力分析
    3.3 本章小结
第4章 40Cr钢缺口构件喷丸处理前后的疲劳断裂机制
    4.1 疲劳试验结果分析
        4.1.1 升降法测定疲劳极限
        4.1.2 不同喷丸强度下的疲劳试验结果
        4.1.3 不同喷丸覆盖率下的疲劳试验结果
    4.2 疲劳断裂机制分析
        4.2.1 疲劳断口宏观分析
        4.2.2 疲劳断口微观分析
    4.3 本章小结
第5章 喷丸处理后40Cr钢缺口构件寿命预测
    5.1 考虑相对应力梯度的疲劳强度预测模型
        5.1.1 应力梯度效应
        5.1.2 相对应力梯度法
    5.2 未喷丸缺口试样局部疲劳强度评估
        5.2.1 相对应力梯度的有限元模拟
        5.2.2 局部疲劳强度评估
    5.3 喷丸缺口试样局部疲劳强度评估
        5.3.1 表面粗糙度影响因子
        5.3.2 加工硬化影响因子
        5.3.3 残余应力的影响
        5.3.4 局部疲劳强度评估
    5.4 本章小结
第6章 结论
参考文献
作者简介及攻读硕士阶段发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]超声冲击处理冷轧钢板缝焊接头的疲劳性能[J]. 岑耀东,陈芙蓉.  焊接学报. 2017(06)
[2]典型缺口件疲劳寿命分析方法[J]. 张成成,姚卫星.  航空动力学报. 2013(06)
[3]喷丸表面覆盖率对TC4钛合金表面完整性的影响[J]. 王欣,李四清,孟震威,汤智慧.  航空材料学报. 2013(03)
[4]单多轴变幅加载下TC21钛合金疲劳特性[J]. 田玉杰,尚德广,陈宏,刘建中.  航空材料学报. 2013(02)
[5]多轴块载加载下疲劳损伤累积方法研究[J]. 徐姣,尚德广,陈宏.  机械强度. 2012(06)
[6]多轴变幅加载下GH4169合金疲劳寿命预测[J]. 徐姣,尚德广,孙国芹,陈宏,刘恩涛.  北京工业大学学报. 2012(10)
[7]基于等效应变的轮盘低循环疲劳寿命预测[J]. 杨俊,谢寿生,祁圣英,董红联.  空军工程大学学报(自然科学版). 2010(06)
[8]喷丸强化对TC4钛合金组织结构的影响[J]. 高玉魁.  稀有金属材料与工程. 2010(09)
[9]疲劳断裂失效分析与表面强化预防[J]. 高玉魁.  金属加工(热加工). 2008(17)
[10]电火花表面强化与喷丸复合处理对Ti811合金高温微动疲劳性能的影响[J]. 张晓化,刘道新.  材料工程. 2006(09)

博士论文
[1]等离子体基低能氮离子注入AISI 304L奥氏体不锈钢腐蚀及腐蚀—疲劳性能研究[D]. 王克胜.大连理工大学 2016
[2]大型结构件的疲劳寿命预测方法研究[D]. 黄宁.中南大学 2013

硕士论文
[1]TC4钛合金喷丸强化组织与性能研究[D]. 田唐永.大连理工大学 2012
[2]超声表面纳米化对低合金钢摩擦磨损性能研究[D]. 王伟.中国石油大学 2011



本文编号：3206329