TC4钛合金空化水喷丸工艺及机理研究
发布时间：2021-10-24 10:54
空化水喷丸是利用空化水射流中空泡群溃灭的能量冲击金属零件表面,使其表面产生强化效果的一种新技术,具有表面质量好、绿色环保、通用性高等诸多优点。本文针对空化水喷丸技术中靶距和入射压力的选择缺乏依据、多工艺参数优化和强化机理的研究较少等问题展开了系统的研究,以期推动该技术的进一步发展与应用。本文的主要研究内容和结论如下:基于理论分析法建立了淹没空化水射流中单空泡的空泡动力学模型,利用MATLAB求解获得了其运动特性和压力脉动的变化规律。基于FLUENT对近壁面空泡溃灭进行数值模拟,得到了空泡到固壁面距离和空泡初始半径对空泡溃灭形态及力学作用的影响规律。基于FLUENT对不同入射压力（P）和喷嘴直径（d）下的空化水射流进行数值模拟,结果表明:射流空化性能随着入射压力和喷嘴直径的增大而增大,但是当P=40MPa左右时,继续提高入射压力对射流的空化性能影响较小,气相体积之和在d=1.8mm时出现了小幅下降。结合高速摄影实验研究了空泡云动态演变过程,结果表明:空泡云具有明显的初生-发展-脱落-溃灭的周期性;在相同入射压力下,空泡集中溃灭范围与喷嘴直径之比的值大致相同。在此基础上,确定了空化水喷丸相...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空蚀破坏实物图
驱动弹丸持续、高速地轰击零部件表面（如图1.2 所示），使其表层材料发生剧烈的塑性变形，并形成一定厚度的强化层，可有效提高其耐磨性和疲劳强度[20]。喷丸中使用的弹丸一般由铸铁、铸钢、陶瓷等材料制成，直径约为 1mm。但该工艺下材料表面粗糙度会因实体弹丸的持续冲击而急剧上升，并且在冲击坑边缘处极易发生应力集中现象，这些不利因素均会加快疲劳裂纹在材料表面的萌生[21]。此外，丸粒的速度、入射角度以及喷射位置难以控制，极易出现“欠喷”和“过喷”现象，甚至出现未喷丸强化的“死角”。该技术在环保以及受喷材料残余应力分布、表面粗糙度等方面还存在着诸多问题。1.3.2 激光喷丸技术激光喷丸的工作原理如图 1.5 所示[22]，首先在受喷材料表面覆盖一层铝箔或黑漆作为能量吸收层，吸收层在受到高能激光束的照射后，会迅速汽化并形成高温高压的等离子体，
TC4 钛合金空化水喷丸工艺及机理研究进而冲击材料表面，使材料的近表层晶粒显著细化，并产生高密度的位错，最终使受喷材料具有高峰值的表面残余压应力及较深的残余压应力层。激光喷丸后材料表面没有机械损伤，其产生的残余压应力深度大，冲击点前端面更加平坦，裂纹扩展速率也更低[23]，较机械喷丸而言对材料疲劳性能的提升更为显著。但该喷丸技术下表面硬化程度较低、工艺复杂。另外，其大规模工程应用仍受高成本、低效率和低稳定性等问题的限制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空化水喷丸中空泡云动态演变及靶距优化研究[J]. 李富柱,谭中锐,陈立宇,李瑞涛,许桢英,王匀. 机械工程学报. 2019(09)
[2]超声空化热效应破解剩余污泥的机制[J]. 由美雁,张秀秀,沈阳,朱彤. 东北大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]ASTM G134装置的射流空化模拟与空蚀机理分析[J]. 周明明,康灿,刘海霞,陈金豪. 中国表面工程. 2018(06)
[4]激光冲击与喷丸复合强化TC17钛合金表层残余应力研究[J]. 曹子文,张杰,车志刚,邹世坤. 表面技术. 2018(11)
[5]水力空化过程及其在化工领域的应用[J]. 郭翌阳,马凤云,冶育芳,刘景梅,钟梅. 应用化工. 2018(12)
[6]环境气压对水体中气核分布的影响[J]. 庞博慧,张陆陈,卢吉,迟福东. 水电能源科学. 2018(09)
[7]喷丸时间对GH4169合金表层组织及性能的影响[J]. 郭胜华,郑海忠,程世平,舒小勇,李贵发. 特种铸造及有色合金. 2018(07)
[8]金属塑料复合材料压制烧结成型及性能[J]. 王斌,崔沛,戴亚春,骆志高. 工程塑料应用. 2018(07)
[9]围压条件下风琴管射流自激频率的估算模型[J]. 潘岩,蔡腾飞,马飞,邱林宾,崔立华. 机械工程学报. 2018(18)
[10]超空泡航行体加速过程流动特性研究[J]. 周景军,李育英,赵京丽. 船舶力学. 2018(04)
博士论文
[1]空化射流喷丸对金属表面性能强化影响的试验研究[D]. 杨春敏.中国矿业大学 2014
[2]纳米胶体空化射流抛光及其关键技术研究[D]. 王星.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]空化水射流冲击强化2A12铝合金的性能分析及机理研究[D]. 王建杰.江苏大学 2017
[2]磨料水射流喷丸对两种渗碳钢表面完整性及疲劳性能的影响[D]. 邹雄.贵州大学 2017
[3]TC4钛合金喷丸强化表面完整性研究[D]. 阴晓宁.大连理工大学 2015
[4]蒸汽泡溃灭的数值模拟及空化模型的改进[D]. 刘兰.浙江大学 2015
[5]泡群溃灭的直接模拟及统计特性分析[D]. 闻仲卿.浙江大学 2013
本文编号：3455157
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空蚀破坏实物图
驱动弹丸持续、高速地轰击零部件表面（如图1.2 所示），使其表层材料发生剧烈的塑性变形，并形成一定厚度的强化层，可有效提高其耐磨性和疲劳强度[20]。喷丸中使用的弹丸一般由铸铁、铸钢、陶瓷等材料制成，直径约为 1mm。但该工艺下材料表面粗糙度会因实体弹丸的持续冲击而急剧上升，并且在冲击坑边缘处极易发生应力集中现象，这些不利因素均会加快疲劳裂纹在材料表面的萌生[21]。此外，丸粒的速度、入射角度以及喷射位置难以控制，极易出现“欠喷”和“过喷”现象，甚至出现未喷丸强化的“死角”。该技术在环保以及受喷材料残余应力分布、表面粗糙度等方面还存在着诸多问题。1.3.2 激光喷丸技术激光喷丸的工作原理如图 1.5 所示[22]，首先在受喷材料表面覆盖一层铝箔或黑漆作为能量吸收层，吸收层在受到高能激光束的照射后，会迅速汽化并形成高温高压的等离子体，
TC4 钛合金空化水喷丸工艺及机理研究进而冲击材料表面，使材料的近表层晶粒显著细化，并产生高密度的位错，最终使受喷材料具有高峰值的表面残余压应力及较深的残余压应力层。激光喷丸后材料表面没有机械损伤，其产生的残余压应力深度大，冲击点前端面更加平坦，裂纹扩展速率也更低[23]，较机械喷丸而言对材料疲劳性能的提升更为显著。但该喷丸技术下表面硬化程度较低、工艺复杂。另外，其大规模工程应用仍受高成本、低效率和低稳定性等问题的限制。
【参考文献】：
期刊论文
[1]空化水喷丸中空泡云动态演变及靶距优化研究[J]. 李富柱,谭中锐,陈立宇,李瑞涛,许桢英,王匀. 机械工程学报. 2019(09)
[2]超声空化热效应破解剩余污泥的机制[J]. 由美雁,张秀秀,沈阳,朱彤. 东北大学学报(自然科学版). 2019(01)
[3]ASTM G134装置的射流空化模拟与空蚀机理分析[J]. 周明明,康灿,刘海霞,陈金豪. 中国表面工程. 2018(06)
[4]激光冲击与喷丸复合强化TC17钛合金表层残余应力研究[J]. 曹子文,张杰,车志刚,邹世坤. 表面技术. 2018(11)
[5]水力空化过程及其在化工领域的应用[J]. 郭翌阳,马凤云,冶育芳,刘景梅,钟梅. 应用化工. 2018(12)
[6]环境气压对水体中气核分布的影响[J]. 庞博慧,张陆陈,卢吉,迟福东. 水电能源科学. 2018(09)
[7]喷丸时间对GH4169合金表层组织及性能的影响[J]. 郭胜华,郑海忠,程世平,舒小勇,李贵发. 特种铸造及有色合金. 2018(07)
[8]金属塑料复合材料压制烧结成型及性能[J]. 王斌,崔沛,戴亚春,骆志高. 工程塑料应用. 2018(07)
[9]围压条件下风琴管射流自激频率的估算模型[J]. 潘岩,蔡腾飞,马飞,邱林宾,崔立华. 机械工程学报. 2018(18)
[10]超空泡航行体加速过程流动特性研究[J]. 周景军,李育英,赵京丽. 船舶力学. 2018(04)
博士论文
[1]空化射流喷丸对金属表面性能强化影响的试验研究[D]. 杨春敏.中国矿业大学 2014
[2]纳米胶体空化射流抛光及其关键技术研究[D]. 王星.哈尔滨工业大学 2014
硕士论文
[1]空化水射流冲击强化2A12铝合金的性能分析及机理研究[D]. 王建杰.江苏大学 2017
[2]磨料水射流喷丸对两种渗碳钢表面完整性及疲劳性能的影响[D]. 邹雄.贵州大学 2017
[3]TC4钛合金喷丸强化表面完整性研究[D]. 阴晓宁.大连理工大学 2015
[4]蒸汽泡溃灭的数值模拟及空化模型的改进[D]. 刘兰.浙江大学 2015
[5]泡群溃灭的直接模拟及统计特性分析[D]. 闻仲卿.浙江大学 2013
本文编号：3455157
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