7075铝合金的超声滚压表面强化及疲劳行为的研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ１１１：学号：４５９２６６５０５南昌大学专业学位硕士研究生学位论文７０７５铝合金的超声滚压表面强化及疲劳行为的研究ＳｔｕｄｏｎＳｕｒｆａｃｅＳｔｒｅｎｔｈｅｎｉｎａｎｄＦａｔｉｇｕｅＢｅｈａｖｉｏｒｏｆ７０７５ｙｇｇＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙｂＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＲｏｌｌｉｎＴｒｅａｔｍｅｎｔｙｇ赖刘生培养单位（院、系）：机电工程学院：指导教师姓名、职称．叶寒副教授指导教师姓名、职称：王官明高级工程师‘专业学位种类：工程硕士专业领域名称：仪器仪表工程２０论文答辩日期：１８年ｔ月乂日答

2、辩委员会主席：评阅人２０１８年亡月曰摘要摘要铝合金因其密度低、优良耐腐蚀性、较高抗疲劳性及高比强度等优点，广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。随着航空航天的快速发展，对铝合金的抗疲劳性能提出更高要求。改善材料表面性能对部件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳寿命等意义重大。通过分析与对比各类表面强化技术的特点，超声滚压强化是一种较为理想的表面强化技术。本文将超声滚压强化技术应用于7075铝合金，对比分析了超声滚压强化前后铝合金工件的表面粗糙度、表面显微硬度、金相组织、残余应力等表面性能与疲劳寿命、疲劳断口形貌、疲劳断裂规律等疲劳行为。结果表明：超声处理后的表面粗糙度降低4个等级，达近

3、镜面效果；表面显微硬度提高12.69%；相对心部组织，表层微观组织获得显著细化；试样表层由残余拉应力转为压应力，残余压应力的影响深度达近1.75mm，有效延缓疲劳裂纹的萌生与扩展；在280MPa应力水平下，超声处理后的疲劳寿命提高近7倍；疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区和瞬断区三个区域组成，处理后疲劳源由表层转移至内部，瞬断区裸露出大量的强化相颗粒。基于有限元的分析理论与方法，研究了超声滚压表面强化机理。本文建立了超声滚压强化有限元模型，对比分析试验与仿真的残余应力。结果表明：模拟试样的残余应力分布规律与试验大体一致，最大压应力也产生于表层，最大值与实测值误差为11.6%，为铝合金寿命

4、的增加提供理论依据。关键词：7075铝合金；超声滚压强化；表面性能；疲劳寿命；超声强化机理IAbstractABSTRACTAluminumalloysarewidelyusedinaerospace,automobile,vesselfieldduetotheexcellentpropertiesasitslowdensity,excellentcorrosionresistance,fatigueresistanceandhighspecificstrength.Withtherapiddevelopmentofaerospace,theresistancefatigueperfo

5、rmanceofaluminumalloyhasputforwardhigherdemands.Improvingthesurfacepropertiesofmaterialsplayansignificantroleinwearresistance,corrosionresistance,fatiguelife.Thespecialtyofvarioussurfacetreatmentswereanalysedandcompared,ultrasonicrollingstrengthening(URS)issupposedtobeanidealsurfacetreatmentstec

6、hnology.7075aluminumalloywasappliedtoURS,thesurfacepropertiesofsurfaceroughness,surfacemicrohardness,surfacemicrostructureandsurfaceresidualstressandthefatiguebehavioroffatiguelife,fatiguefracturemorphology,fatiguefractureregularitieswereinvestigatedbeforeandaftertheURS.AfterURS,theresultindicat

7、essurfaceroughnessofthespecimenshadbeendroppedfourgrades,andtheirsmoothnesswereclosetomirrorsurface,surfacemicrohardnesshadbeenincreasedby12.69%.ThesurfacegrainoftheUBspecimenswasconsiderablyrefinedcomparedtothecentralgrain.