磨料水射流强化18CrNiMo7-6钢工艺参数的优化设计
发布时间：2021-01-05 03:23
为探究磨料水射流技术强化18CrNiMo7-6钢的最优工艺参数,通过设计正交试验,采用X射线残余应力测试仪、粗糙度仪和HV-1000显微硬度计分别测量其残余应力、粗糙度、硬度,然后用直观分析方法对影响因素进行显著性排序。结果表明:多种因素影响磨料水射流的强化效果,其中水压影响最大,速率次之,靶距和进给量影响比较小。通过直观分析得到最优工艺参数组合为水压100 MPa,速率500 mm/min,进给量1.500 mm,靶距5mm。经优化的工艺参数组合,可以使试样表层具有较高的残余压应力值,同时具有比较理想的硬度和粗糙度,研究结果可为其他金属材料的磨料水射流强化方法提供参考。
【文章来源】：材料保护. 2020年05期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
磨料水射流装置示意
经过计算，求出水压、靶距、速率、进给量的极差分别为221.375、74.375、87.075、86.675。通过极差对比可以得出，水压对强化效果影响最大，速率影响次之，进给量影响再次，靶距影响最小，即A>C>D>B。通过对正交试验结果的数据进行分析、处理之后，得出磨料水射流对试验结果(见图2)。从图2可以看出，水压从100 MPa开始，分值逐步减小，呈单调减趋势。靶距的影响从5 mm到15 mm逐渐降低;在15 mm到25 mm，影响急剧降低;大于25mm时，对试验结果几乎没影响。速率从100 mm/min到300 mm/min时对强化结果的影响逐渐上升;300mm/min到500 mm/min时，强化效果急剧上升，影响到达顶峰，然后急剧下降，速率的影响不是单调的，速率的最优解是500 mm/min。进给量的影响从0.187 mm开始依次降低，0.750 mm时抵达谷底，然后从0.750mm到1.500 mm，稳步上升。选择E1,E2,E3,E4算术平均值分值最大的水平数，水压的最优水平为E1(301.625)，以此类推，靶距的最优水平为E2(228.250)，速率的最优水平为E3(234.250)，进给量的最优水平E4(231.575)。最优工艺参数组合为A1B1C3D4，即水压100MPa，靶距5 mm，速率500 mm/min，进给量1.500 mm;最差的工艺参数组合为A4B3C1D3，即水压250 MPa，靶距25 mm，速率100 mm/min，进给量0.750 mm。
按所计算的工艺参数组合，分别选取最优的工艺参数组合(水压100 MPa，靶距5 mm，速率500 mm/min，进给量1.500 mm)和最差的工艺参数组合(水压250 MPa，靶距为25 mm，速率为100 mm/min，进给量为0.750 mm)进行磨料水射流强化试验。图3为VHX-2000超景深显微镜拍摄的试样表面三维形貌，可以看出图3a比图3b表面平缓，图3b中谷底和峰区实体体积大，这说明图3b中冲蚀现象较严重。为了更加精确表征2种工艺参数组合下试样的表面形貌，使用Bruker NPFLEX型三维形貌测量仪测量试样的粗糙度，图4为最优和最差的工艺参数组合下试样表面粗糙度分布。由图4可以看出，最优工艺参数组合下粗糙度Ra为3.706μm，谷底值-19.067μm，峰值为29.808μm，峰区实体和谷区实体体积较小且分布均匀。最差工艺参数组合下粗糙度Ra为13.225μm，谷底值-56.718μm，峰值为52.047μm，峰区实体和谷区实体体积大且分布混乱，这是磨料水射流冲蚀试样材料形成的冲蚀坑的体现，冲蚀坑面积大而且很深，造成明显的应力集中现象，不利于材料抗疲劳性能的提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸强化对26MnB5钢组织和力学性能的影响[J]. 朱继东,于丹,韦习成,谢旭海,王武荣. 热处理技术与装备. 2018(04)
[2]水射流喷丸处理对20CrMnTi钢表面性能的影响[J]. 张在玉,梁益龙,袁顺金,朱勇. 金属热处理. 2018(07)
[3]喷丸强化对TC17钛合金疲劳性能的影响[J]. 何杉,杨清,闵祥禄. 金属热处理. 2018(06)
[4]2024铝合金喷丸试件疲劳寿命试验及仿真研究[J]. 臧志刚,王建明,郑林彬. 材料保护. 2018(05)
[5]304不锈钢水射流强化工艺的多目标优化设计[J]. 邹云,桑振宽,李大磊,李阳. 表面技术. 2018(02)
[6]后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响[J]. 吴政协,马泳涛,龚军振,赵乐川. 表面技术. 2017(09)
[7]磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响[J]. 邹雄,梁益龙,吴泽丽,秦少杰,胡君杰. 中国表面工程. 2017(02)
[8]射流压力对淹没水射流冲击与空蚀效果的影响[J]. 刘海霞,李秀阁,张桃,康灿. 表面技术. 2016(12)
[9]喷丸强化的基本原理与调控正/切断裂模式的疲劳断裂抗力机制图[J]. 王仁智,汝继来. 中国表面工程. 2016(04)
[10]先进喷丸表面改性技术研究进展[J]. 黄志超,吕世亮,谢春辉,卢能芝. 材料科学与工艺. 2015(03)
博士论文
[1]高强双相钢喷丸强化及其XRD表征[D]. 付鹏.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]混合水射流冲击强化不同几何特征表面的研究[D]. 张远西.郑州大学 2018
本文编号：2957925
【文章来源】：材料保护. 2020年05期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
磨料水射流装置示意
经过计算，求出水压、靶距、速率、进给量的极差分别为221.375、74.375、87.075、86.675。通过极差对比可以得出，水压对强化效果影响最大，速率影响次之，进给量影响再次，靶距影响最小，即A>C>D>B。通过对正交试验结果的数据进行分析、处理之后，得出磨料水射流对试验结果(见图2)。从图2可以看出，水压从100 MPa开始，分值逐步减小，呈单调减趋势。靶距的影响从5 mm到15 mm逐渐降低;在15 mm到25 mm，影响急剧降低;大于25mm时，对试验结果几乎没影响。速率从100 mm/min到300 mm/min时对强化结果的影响逐渐上升;300mm/min到500 mm/min时，强化效果急剧上升，影响到达顶峰，然后急剧下降，速率的影响不是单调的，速率的最优解是500 mm/min。进给量的影响从0.187 mm开始依次降低，0.750 mm时抵达谷底，然后从0.750mm到1.500 mm，稳步上升。选择E1,E2,E3,E4算术平均值分值最大的水平数，水压的最优水平为E1(301.625)，以此类推，靶距的最优水平为E2(228.250)，速率的最优水平为E3(234.250)，进给量的最优水平E4(231.575)。最优工艺参数组合为A1B1C3D4，即水压100MPa，靶距5 mm，速率500 mm/min，进给量1.500 mm;最差的工艺参数组合为A4B3C1D3，即水压250 MPa，靶距25 mm，速率100 mm/min，进给量0.750 mm。
按所计算的工艺参数组合，分别选取最优的工艺参数组合(水压100 MPa，靶距5 mm，速率500 mm/min，进给量1.500 mm)和最差的工艺参数组合(水压250 MPa，靶距为25 mm，速率为100 mm/min，进给量为0.750 mm)进行磨料水射流强化试验。图3为VHX-2000超景深显微镜拍摄的试样表面三维形貌，可以看出图3a比图3b表面平缓，图3b中谷底和峰区实体体积大，这说明图3b中冲蚀现象较严重。为了更加精确表征2种工艺参数组合下试样的表面形貌，使用Bruker NPFLEX型三维形貌测量仪测量试样的粗糙度，图4为最优和最差的工艺参数组合下试样表面粗糙度分布。由图4可以看出，最优工艺参数组合下粗糙度Ra为3.706μm，谷底值-19.067μm，峰值为29.808μm，峰区实体和谷区实体体积较小且分布均匀。最差工艺参数组合下粗糙度Ra为13.225μm，谷底值-56.718μm，峰值为52.047μm，峰区实体和谷区实体体积大且分布混乱，这是磨料水射流冲蚀试样材料形成的冲蚀坑的体现，冲蚀坑面积大而且很深，造成明显的应力集中现象，不利于材料抗疲劳性能的提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸强化对26MnB5钢组织和力学性能的影响[J]. 朱继东,于丹,韦习成,谢旭海,王武荣. 热处理技术与装备. 2018(04)
[2]水射流喷丸处理对20CrMnTi钢表面性能的影响[J]. 张在玉,梁益龙,袁顺金,朱勇. 金属热处理. 2018(07)
[3]喷丸强化对TC17钛合金疲劳性能的影响[J]. 何杉,杨清,闵祥禄. 金属热处理. 2018(06)
[4]2024铝合金喷丸试件疲劳寿命试验及仿真研究[J]. 臧志刚,王建明,郑林彬. 材料保护. 2018(05)
[5]304不锈钢水射流强化工艺的多目标优化设计[J]. 邹云,桑振宽,李大磊,李阳. 表面技术. 2018(02)
[6]后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响[J]. 吴政协,马泳涛,龚军振,赵乐川. 表面技术. 2017(09)
[7]磨料水射流喷丸对渗碳GDL-1钢表面完整性及疲劳性能的影响[J]. 邹雄,梁益龙,吴泽丽,秦少杰,胡君杰. 中国表面工程. 2017(02)
[8]射流压力对淹没水射流冲击与空蚀效果的影响[J]. 刘海霞,李秀阁,张桃,康灿. 表面技术. 2016(12)
[9]喷丸强化的基本原理与调控正/切断裂模式的疲劳断裂抗力机制图[J]. 王仁智,汝继来. 中国表面工程. 2016(04)
[10]先进喷丸表面改性技术研究进展[J]. 黄志超,吕世亮,谢春辉,卢能芝. 材料科学与工艺. 2015(03)
博士论文
[1]高强双相钢喷丸强化及其XRD表征[D]. 付鹏.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]混合水射流冲击强化不同几何特征表面的研究[D]. 张远西.郑州大学 2018
本文编号：2957925
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/2957925.html
