超声冲击Q355钢叠形缺陷的形成及对疲劳性能的影响

摘要：

为了研究超声冲击产生叠形缺陷的过程与缺陷对材料疲劳性能的影响,针对不同初始表面粗糙度的Q355钢进行不同次数(1次、3次、5次)的超声冲击处理(UIT).首先,对冲击后试样形貌及表面粗糙度进行了测试.结果表明,超声冲击会在样品表面引入凹坑,使表面形貌由锯齿状趋于平滑,导致表面粗糙度最终稳定于一个数值,约为9.3μm.其次,对冲击后试样进行残余应力的测试.结果表明,多次UIT处理后,3组样品最表层残余压应力随冲击次数增加而增加,最表面残余压应力值趋于稳定.然后,对冲击后叠形缺陷进行SEM表征.冲击后试样表面的峰谷互相重叠挤压,产生金属流动,峰谷间隙缩小直至闭合,产生叠形缺陷.叠形缺陷的种类、数量及距表面距离受初始形貌UIT次数及UIT振幅的影响:相同初始粗糙度试样,冲击1次、3次和5次,叠形缺陷数量增加,距表面深度也增加;相同冲击次数下,初始粗糙度越大,叠形缺陷数量与深度都将增加;冲击振幅增加,叠形缺陷在1次UIT时无明显变化,3次UIT时,大振幅下产生的叠形缺陷更容易先开始类裂纹扩展,5次UIT时,都会产生多条叠形缺陷并发生类裂纹扩展.最后,对处理后的超声冲击试样进行三点弯疲劳试验.结果表明,在冲击1次、3次时,残余压应力的增益效果大于叠形缺陷的负效应,疲劳寿命分别提高了1.8倍和3.1倍.在冲击5次时,叠形缺陷分布更密集,负效应大于残余压应力产生的增益值,疲劳寿命大幅度下降,甚至达到低于未处理样品的水平.

关键词：超声冲击处理、表面粗糙度、叠形缺陷、残余应力、疲劳寿命

所属期刊栏目：55

分类号：TG663

资助基金：国家自然科学基金51771135

在线出版日期：2022-07-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：933-941