不锈钢表面微织构超声冲击加工的仿真与工艺研究
发布时间：2021-08-06 07:43
超声冲击加工（Ultrasonic impact peening,UIP）是一种广泛应用的冷表面处理技术,普遍应用于提高焊接金属零件的疲劳寿命,降低残余应力。利用高能冲击头对工件表面的高频冲击作用,可以消除工件表面表层有害的残余拉应力,引入残余压应力,从而提高了工件的机械性能和力学性能。此外,通过提高冲击振幅可以在加工表面产生永久性塑性变形,同时配合精密运动台对加工路径进行控制,有望实现高精度功能表面微织构的加工。然而,对于超声冲击加工过程中材料的变形和应力变化情况还不清楚。揭示材料变形和应力变化等相关机制,对探索超声冲击加工微织构的可行性具有重要意义。本文提出一种利用超声冲击加工技术在不锈钢表面进行微织构制备的加工方式。通过理论、仿真与实验相结合的方式,揭示了超声冲击加工微织构的材料变形与应力分布机制。首先超声冲击加工过程进行理论分析,得到描述加工微织构表面形貌和接触应力的表达公式;通过ABAQUS建立超声冲击有限元仿真模型,对316L不锈钢表面微织构加工过程进行数值分析;搭建超声冲击加工实验装置,进行压痕实验与单沟槽微织构超声冲击加工实验。利用超声冲击有限元仿真模型,研究预压力、冲...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
16L不锈钢电化学沉积表面微织构[14]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-分别在电流密度为5A/dm2和10A/dm2下进行两次电沉积，得到微织构如图1-2所示。图1-2316L不锈钢电化学沉积表面微织构[14]此外，广东工业大学的Liu等使用pH值为中性的NaClO3电解质对304不锈钢管上进行脉冲电化学锯切微加工，得到深度为340μm，宽度为263μm的微内环形槽[15]。湖北大学的朱凯等在304不锈钢表面，采用电化学活化与化学蚀刻相结合的方法加工出微纳米复合孔洞结构[16]。首尔大学的Bae等采用电火花线切割加工方法在AISI304不锈钢表面加工出不同深度的沟槽，沟槽宽度为500μm，间距为600μm，加工效果如图1-3所示[17]。首尔大学的Song等使用带式电火花加工法在不锈钢工件上加工出V型槽，并将该加工方法应用于模具制造过程中[18]。图1-3AISI304不锈钢电火花线切割加工沟槽[17]激光加工因其高效率，高均匀性而被广泛用于制造不锈钢微织构，微织构的形貌和横截面轮廓在很大程度上取决于激光参数，如脉冲持续时间和功率等。在激光加工过程中，具有高能量的激光束聚焦在目标材料的表面，产生高温将目标区域熔化去除[19]。哈尔滨工业大学张俊杰等采用不同脉冲持续时间（从纳米到飞秒）的激光在不锈钢表面加工出沟槽状纹理结构，并对脉冲持续时间对所产生的纹理横截面轮廓的影响及其对摩擦学响应的后续影响进行了研究[20]。分别在30ns，15ps，400fs不同激光脉冲持续时间加工获得的不锈钢表面微织构如图1-4所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-a)30nsb)15psc)400fs图1-4由不同激光脉冲持续时间制作的表面纹理[20]波兰西里西亚工业大学的Grabowski等首先对激光烧蚀的计算阈值功率密度进行仿真计算，然后使用功率密度高于所研究材料阈值的不同激光参数分别在Ti6Al4V，316L和AlSi7表面加工出微织构，316L不锈钢表面激光加工微织构如图1-5所示[21]。图1-5316L不锈钢表面不同激光参数加工微织构[21]西班牙马德里理工大学的Sampedro使用皮秒脉冲激光在不锈钢表面分别加工具有三角形和槽形形状轮廓的精密纹理结构，并通过摩擦实验得到未处理不锈钢表面摩擦系数为0.07，激光加工后具有槽形微织构的摩擦系数为0.05，三角形微织构摩擦系数<0.03，表明纹理表面的摩擦学行为有所改善，与没有纹理的参考表面相比，耐磨性加强。激光加工的槽形纹理结构如图1-6所示[22]。图1-6不锈钢表面激光加工的槽形纹理结构[22]随着超精密技术的发展，包括金刚石车削技术等机械加工方法被逐渐应用于微织构加工。然而，在金刚石刀具切削不锈钢那个过程中，金刚石刀具会与不锈钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不锈钢微结构铣削仿真与试验研究[J]. 王飞,程祥,田业冰,郑光明,孙秋莲. 工具技术. 2018(12)
[2]基于微纳米孔洞结构的彩色超疏水不锈钢表面的制备[J]. 朱凯,秦静,王海人,屈钧娥. 电镀与精饰. 2018(11)
[3]电沉积法制备316L不锈钢表面微纳结构超疏水涂层及其耐海水腐蚀性能[J]. 蒋斌,曾利兰,梁涛,潘浩波,乔岩欣,赵颖. 腐蚀与防护. 2018(10)
[4]Friction and wear behaviors of a gradient nano-grained AISI 316L stainless steel under dry and oil-lubricated conditions[J]. P.F.Wang,Z.Han. Journal of Materials Science & Technology. 2018(10)
[5]梯度纳米结构316L不锈钢的制备与硬度研究[J]. 宋云云,高纬栋,文道静,李玉胜. 热加工工艺. 2017(06)
[6]ZDDP润滑下表面纳米化316L不锈钢的摩擦学性能[J]. 王艳艳,岳文,佘丁顺,付志强,黄海鹏,刘家浚. 石油学报(石油加工). 2016(02)
[7]超声冲击改善S30403不锈钢表面状态的数值模拟[J]. 杨新俊,凌祥,周建新. 南京工业大学学报(自然科学版). 2014(02)
[8]焊接接头超声冲击处理的研究进展[J]. 肖昌辉,贺文雄. 焊接技术. 2012(09)
[9]超声椭圆振动切削表面形貌形成机理的研究[J]. 李勋,张德远. 中国机械工程. 2009(07)
[10]蝴蝶翅膀表面非光滑鳞片对润湿性的影响[J]. 房岩,孙刚,王同庆,丛茜,任露泉. 吉林大学学报(工学版). 2007(03)
博士论文
[1]粉末冶金法制备陶瓷颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其性能[D]. 管丹丹.北京科技大学 2018
[2]金刚石切削微纳结构的高精度在位测量关键技术研究[D]. 朱吴乐.浙江大学 2016
硕士论文
[1]反应烧结碳化硅振动辅助切削加工工艺研究[D]. 韩腊.哈尔滨工业大学 2019
[2]316L不锈钢表面纳米化及轧制退火对其组织和性能的影响[D]. 高纬栋.南京理工大学 2018
[3]锥管径向锻造工艺及数值模拟研究[D]. 王星会.山东大学 2017
[4]基于走刀轨迹的316L不锈钢立式铣削表面完整性研究[D]. 张德清.上海交通大学 2015
[5]实时超声冲击消除焊接残余应力和变形的研究[D]. 肖昌辉.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3325374
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
16L不锈钢电化学沉积表面微织构[14]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-分别在电流密度为5A/dm2和10A/dm2下进行两次电沉积，得到微织构如图1-2所示。图1-2316L不锈钢电化学沉积表面微织构[14]此外，广东工业大学的Liu等使用pH值为中性的NaClO3电解质对304不锈钢管上进行脉冲电化学锯切微加工，得到深度为340μm，宽度为263μm的微内环形槽[15]。湖北大学的朱凯等在304不锈钢表面，采用电化学活化与化学蚀刻相结合的方法加工出微纳米复合孔洞结构[16]。首尔大学的Bae等采用电火花线切割加工方法在AISI304不锈钢表面加工出不同深度的沟槽，沟槽宽度为500μm，间距为600μm，加工效果如图1-3所示[17]。首尔大学的Song等使用带式电火花加工法在不锈钢工件上加工出V型槽，并将该加工方法应用于模具制造过程中[18]。图1-3AISI304不锈钢电火花线切割加工沟槽[17]激光加工因其高效率，高均匀性而被广泛用于制造不锈钢微织构，微织构的形貌和横截面轮廓在很大程度上取决于激光参数，如脉冲持续时间和功率等。在激光加工过程中，具有高能量的激光束聚焦在目标材料的表面，产生高温将目标区域熔化去除[19]。哈尔滨工业大学张俊杰等采用不同脉冲持续时间（从纳米到飞秒）的激光在不锈钢表面加工出沟槽状纹理结构，并对脉冲持续时间对所产生的纹理横截面轮廓的影响及其对摩擦学响应的后续影响进行了研究[20]。分别在30ns，15ps，400fs不同激光脉冲持续时间加工获得的不锈钢表面微织构如图1-4所示。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-a)30nsb)15psc)400fs图1-4由不同激光脉冲持续时间制作的表面纹理[20]波兰西里西亚工业大学的Grabowski等首先对激光烧蚀的计算阈值功率密度进行仿真计算，然后使用功率密度高于所研究材料阈值的不同激光参数分别在Ti6Al4V，316L和AlSi7表面加工出微织构，316L不锈钢表面激光加工微织构如图1-5所示[21]。图1-5316L不锈钢表面不同激光参数加工微织构[21]西班牙马德里理工大学的Sampedro使用皮秒脉冲激光在不锈钢表面分别加工具有三角形和槽形形状轮廓的精密纹理结构，并通过摩擦实验得到未处理不锈钢表面摩擦系数为0.07，激光加工后具有槽形微织构的摩擦系数为0.05，三角形微织构摩擦系数<0.03，表明纹理表面的摩擦学行为有所改善，与没有纹理的参考表面相比，耐磨性加强。激光加工的槽形纹理结构如图1-6所示[22]。图1-6不锈钢表面激光加工的槽形纹理结构[22]随着超精密技术的发展，包括金刚石车削技术等机械加工方法被逐渐应用于微织构加工。然而，在金刚石刀具切削不锈钢那个过程中，金刚石刀具会与不锈钢
【参考文献】：
期刊论文
[1]不锈钢微结构铣削仿真与试验研究[J]. 王飞,程祥,田业冰,郑光明,孙秋莲. 工具技术. 2018(12)
[2]基于微纳米孔洞结构的彩色超疏水不锈钢表面的制备[J]. 朱凯,秦静,王海人,屈钧娥. 电镀与精饰. 2018(11)
[3]电沉积法制备316L不锈钢表面微纳结构超疏水涂层及其耐海水腐蚀性能[J]. 蒋斌,曾利兰,梁涛,潘浩波,乔岩欣,赵颖. 腐蚀与防护. 2018(10)
[4]Friction and wear behaviors of a gradient nano-grained AISI 316L stainless steel under dry and oil-lubricated conditions[J]. P.F.Wang,Z.Han. Journal of Materials Science & Technology. 2018(10)
[5]梯度纳米结构316L不锈钢的制备与硬度研究[J]. 宋云云,高纬栋,文道静,李玉胜. 热加工工艺. 2017(06)
[6]ZDDP润滑下表面纳米化316L不锈钢的摩擦学性能[J]. 王艳艳,岳文,佘丁顺,付志强,黄海鹏,刘家浚. 石油学报(石油加工). 2016(02)
[7]超声冲击改善S30403不锈钢表面状态的数值模拟[J]. 杨新俊,凌祥,周建新. 南京工业大学学报(自然科学版). 2014(02)
[8]焊接接头超声冲击处理的研究进展[J]. 肖昌辉,贺文雄. 焊接技术. 2012(09)
[9]超声椭圆振动切削表面形貌形成机理的研究[J]. 李勋,张德远. 中国机械工程. 2009(07)
[10]蝴蝶翅膀表面非光滑鳞片对润湿性的影响[J]. 房岩,孙刚,王同庆,丛茜,任露泉. 吉林大学学报(工学版). 2007(03)
博士论文
[1]粉末冶金法制备陶瓷颗粒增强316L不锈钢基复合材料及其性能[D]. 管丹丹.北京科技大学 2018
[2]金刚石切削微纳结构的高精度在位测量关键技术研究[D]. 朱吴乐.浙江大学 2016
硕士论文
[1]反应烧结碳化硅振动辅助切削加工工艺研究[D]. 韩腊.哈尔滨工业大学 2019
[2]316L不锈钢表面纳米化及轧制退火对其组织和性能的影响[D]. 高纬栋.南京理工大学 2018
[3]锥管径向锻造工艺及数值模拟研究[D]. 王星会.山东大学 2017
[4]基于走刀轨迹的316L不锈钢立式铣削表面完整性研究[D]. 张德清.上海交通大学 2015
[5]实时超声冲击消除焊接残余应力和变形的研究[D]. 肖昌辉.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3325374
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3325374.html
