1 中国商飞上海飞机制造有限公司航空制造技术研究所,上海 201324
2 中国商飞上海飞机制造有限公司计量测试中心,上海 201324
采用脉冲激光器,开展了航空铝合金表面漆层去除试验,通过外观检查、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、原位温度检测、力学性能检测和高周疲劳试验,研究了激光清洗工艺对航空铝合金组织、力学及疲劳性能的影响规律。结果表明:当激光功率和脉冲频率分别为80 W和100 kHz时,可去除铝合金表面环氧底漆涂层,但试样表面仍有漆层残余。当激光功率和脉冲频率分别达到500 W和500 kHz时,表面温度最高不超过115 ℃,未观察到明显的热影响区,材料表面10 μm深度范围内的组织出现部分烧蚀和熔化现象。激光清洗后,材料的硬度增加,并且随着激光功率、频率、能量密度的增加,硬度增幅逐渐减小。拉伸性能结果显示,激光清洗后的试样抗拉强度、屈服强度和延伸率较空白试样均略微下降。高周疲劳试验结果表明,与空白试样相比,激光清洗后的带漆试样的疲劳性能下降11.76%,这主要是激光清洗造成了表面粗糙度增加。经阳极氧化和喷漆处理后,激光清洗去漆不会进一步增加阳极氧化造成的疲劳损伤。
激光技术 激光清洗 航空铝合金 热影响区 力学性能 疲劳性能 中国激光
2024, 51(16): 1602205
1 中国航发成都发动机有限公司,四川 成都 610503
2 成都凯天电子股份有限公司,四川 成都 611730
采用激光修复技术和GH4169合金粉末,在GH738合金基材试块上制备激光成形修复件,对其进行固溶+双时效热处理。对试块进行了高温持久和高温低周疲劳性能试验,观察试样断口形貌并分析断裂机理。结果表明:激光修复GH4169/GH738合金的组织结合处冶金质量良好,呈现向外连续生长的柱状晶组织;在650 ℃、690 MPa下进行持久试验,修复试样晶界析出Laves相,导致裂纹的萌生,与晶界分离形成微观空洞,同时气孔促进了裂纹的扩展,为穿晶和沿晶的混合韧性断裂模式。在455 ℃下进行低周疲劳试验,发现疲劳裂纹源于表面和气孔,以河流状花样向中心扩散,拓展区存在疲劳辉纹,为解理和穿晶两种断裂模式。采用GH4169合金粉末修复可满足常规铸锻GH738合金性能要求。
合金 激光修复 高温持久性能 高温低周疲劳性能 断裂机理 GH4169 superalloy laser forming repair high temperature persistent properties high temperature low cycle fatigue properties fracture mechanism
1 山东高速建设管理集团有限公司, 济南 250002
2 山东高速工程检测有限公司, 济南 250002
3 山东高速济青中线公路有限公司, 潍坊 261599
4 东南大学土木工程学院, 南京 211189
利用足尺试验与有限元模型, 研究了采用聚氨酯(PU)材料制备的桥梁无缝伸缩缝的服役性能。首先, 制备了3种不同配合比的改性PU材料, 测试并对比了它们的初凝时间、拉伸强度、撕裂强度、硬度、路面附着力、吸水率、抗车辙及老化性能, 确定了最适用于桥梁无缝伸缩缝的最优PU配合比方案。然后, 采用所选的PU材料设计制作了4个足尺无缝伸缩缝试验件, 并建立了与之相匹配的有限元模型。最后, 通过对比分析试验实测与有限元计算结果, 表现出所设计的无缝伸缩缝在单轴拉伸/压缩、竖向变形及低周疲劳荷载工况下均能保持优异的服役性能。此外, 研究结果还表明在改性PU无缝伸缩缝与路面之间设置45°倾角可以显著改善受力状态, 避免接缝处早期开裂。
聚氨酯 无缝伸缩缝 足尺试验 疲劳性能 变形 有限元分析 polyurethane seamless expansion joint full-scale test fatigue property deformation finite element analysis
强激光与粒子束
2023, 35(10): 101007
中国工程物理研究院机械制造工艺研究所,四川 绵阳 621000
采用选区激光熔化(SLM)技术制备了三种高刚度镍钛合金点阵结构(带有Z轴增强支柱的体心立方结构-BCCZ、带有Z轴增强支柱的面心立方结构-FCCZ、带有Z轴增强支柱的面体心立方结构-FBCCZ),研究了结构类型和微观缺陷对疲劳性能的影响。试验结果显示:FBCCZ结构的疲劳性能最优,最大压缩应力为25 MPa时,实现107次加载循环;BCCZ和FCCZ结构的疲劳性能较差,最大压缩应力为15 MPa附近时,实现107次加载循环。分析结果表明:循环加载应力较大时,FBCCZ结构疲劳寿命最优,FCCZ 次之,BCCZ 最差,此时点阵结构的单胞类型对疲劳性能的影响显著,结构的变形程度和应力集中程度越小,疲劳性能越好。循环加载应力较小时,FCCZ 结构和 BCCZ 结构的疲劳寿命逐渐接近。此时单胞结构对疲劳性能的影响减弱,微观缺陷对疲劳性能的影响增强,试样中的孔洞缺陷在循环加载过程中将促进疲劳裂纹的萌生,降低疲劳性能。
激光技术 镍钛合金 点阵结构 疲劳性能 选区激光熔化 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114009
1 中铁十九局集团第六工程有限公司,无锡 214028
2 江苏省建筑业企业技术中心,无锡 214028
3 江苏省装配式建筑绿色智慧制造及施工工程技术研究中心,无锡 214028
4 淮阴工学院道路桥梁与渡河工程系,淮安 223003
为研究纤维增强轻骨料混凝土抗疲劳性能,开展了恒应力循环压缩试验,对疲劳应力-应变响应进行了研究。试验采用质量分数为20%的粉煤灰和50%的粒化高炉矿渣部分替代水泥,变量为单掺或混掺不同掺量的钢纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维。结果表明:随着循环加载次数的增加,钢纤维混凝土的宏观裂纹数量比PVA纤维混凝土多,试件的破坏形态表现为轻骨料的破裂和纤维的渐进拔出(钢纤维)或断裂(PVA纤维);钢纤维混凝土的疲劳应变及残余应变均最大,而混杂纤维混凝土的最小;在同一应力水平下,混杂纤维混凝土的疲劳寿命最长,而钢纤维混凝土的最短;钢纤维混凝土的极限疲劳损伤高于PVA纤维混凝土和混杂纤维混凝土,且随最大应力水平的降低,该差异逐渐缩小。
轻骨料混凝土 粉煤灰 高炉矿渣 钢纤维 PVA纤维 抗疲劳性能 疲劳寿命 lightweight aggregate concrete fly ash blast furnace slag steel fiber PVA fiber fatigue resistance fatigue life
1 长沙理工大学交通运输工程学院, 长沙 410114
2 湖南省国盈公路物资有限公司, 长沙 410016
采用不同种类的纤维和尾矿砂制备环保型混杂纤维-尾矿砂工程水泥基复合材料(MFT-ECC)。以流动度和力学性能为指标, 通过正交试验优选了MFT-ECC中不同纤维的最优掺量; 通过四点弯曲疲劳试验, 对比了不同应力水平下各组ECC试件的疲劳性能; 利用扫描电子显微镜观测MFT-ECC的微观结构。结果表明: 当聚乙烯醇纤维、碳酸钙晶须、改性聚丙烯纤维的体积掺量分别为0.9%、0.8%、0.3%时, MFT-ECC的流动度和力学性能最优; 掺量优选后的MFT-ECC的疲劳性能最好, 其疲劳寿命随应力变化敏感性低, 与基准组相比, 不同应力水平下的强度折减系数分别提高了1.33%和6.56%; 尾矿砂的加入使ECC内部产生填充效应和堆积效应, 提高了材料的密实度。本研究为制备经济环保、性能优越的ECC材料提供了参考。
混杂纤维 尾矿砂 配合比优化 疲劳性能 微观结构 ECC ECC mixed fiber tailing sand ratio optimization fatigue performance microstructure
冯星涛 1,2,3李健民 1,2,3耿硕 1,2,3池煜璟 1,2,3[ ... ]张冬云 1,2,3,*
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
2 北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心,北京 100124
3 数字化医疗3D打印北京市国际科技合作基地,北京 100124
Inconel 718高温合金被广泛用于制造航天发动机等的热端零部件,提高其疲劳性能对于零部件的长期稳定服役意义重大。研究了不同热处理制度对激光选区熔化成形Inconel 718合金微观组织、相分布及疲劳性能的影响。采用电镜和电子背散射衍射仪分析了热处理试样的断口形貌、断口纵剖面应力分布及微观特征,详细阐述了热处理合金的低周疲劳断裂机理。结果表明:相较于成形态,热处理合金内部析出了δ相和γ″、γ′强化相,内部应力得以释放,疲劳性能显著提升。经过均匀化+固溶+双时效热处理后,Inconel 718合金的疲劳循环周次能够达到31990次。基于Orowan强化机制,晶粒内弥散分布的γ″、γ′强化相以及晶界上析出的δ相会阻碍位错滑移,从而延缓基体中微裂纹的扩展,增加疲劳过程中的循环周次。本次试验采用的热处理制度为激光选区熔化成形Inconel 718零部件提供了参考。
激光技术 激光选区熔化 Inconel 718合金 低周疲劳 热处理 中国激光
2023, 50(16): 1602301
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071002