超高强度钢超声滚压强化实验研究

【作者】 栾晓圣； 梁志强； 陈一帆； 王洪臣； 王西彬； 沈文华； 李宏伟； 刘心藜；

【机构】 北京理工大学机械与车辆学院； 北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室； 北京北方车辆集团有限公司；

【摘要】 超高强度钢(一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢)在车辆、船舶、航空等领域关键结构件中有大量应用,服役期间经常受到冲击、扭转、弯曲等循环载荷的作用,容易在零件表面产生疲劳裂纹,发生疲劳断裂,影响整个装备的安全性能。已有研究表明,在零件表层引入较大的残余压应力,降低表面粗糙度,能有效抑制表面疲劳裂纹的萌生,提高零件抗疲劳性能。超声滚压既可以对零件表面起到光整效果,又可以使表面产生残余压应力层,即对超高强度钢进行超声滚压强化实验研究,揭示其表面强化作用机理。传统滚压通过增大静压力以增加强化层深度,对机床刚度、工件装夹要求很高,对工件强化效果有限,不能满足现代关键零部件强化性能需求。超声滚压是在静压力的基础上,辅助超声振动冲击,对工件进行表面强化,实现在较小的静压力下,工件表面形成更深的残余压应力层和硬化层,并且能够细化表层晶粒组织,具有良好的强化效果。45CrNiMoVA材料冷变形塑性差,表面滚压强化难度大,目前对其进行超声滚压强化的研究极少。通过改变静压力和振幅两个实验变量,对超高强度钢45CrNiMoVA材料进行超声滚压强化实验研究,对超声滚压后的表面形貌、表面粗糙度、残余应力、显微硬度和微观组织形变进行表征分析,得到以下结论:(1)在超声滚压过程中静压力是改善工件表面光整效果的主要因素,振幅是影响残余压应力影响层深的主要因素;随着静压力的增加,表面粗糙度值先是大幅降低,随后趋于稳定。(2)静压力和超声振动冲击力复合作用的增强导致表面残余压应力增加;超声滚压在工件表面引入高达0.5mm的残余压应力影响层深,残余应力和显微硬度最大值都出现在亚表层,残余压应力最大值大于-1000MPa。(3)超声滚压后工件表面形成晶粒细化层,超声振动产生的冲击力是引起晶粒细化的主要原因。更多还原