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6061铝合金试件的超声冲击表面强化及其组织性能基础研究

【摘要】:6061铝合金作为一种价格低廉、综合性能优良的金属材料,在众多工业制造领域中有着极为广泛的使用。当前,技术的快速进步与工业的不断发展对金属材料在严苛环境条件下的使用性能和服役寿命提出了越来越高的要求,如何有效提升金属材料的强度与抗疲劳性能成为了一个重要课题。近年来,超声冲击处理技术以其高效便捷的特点,已由原先主要用于焊接接头疲劳性能的改善发展成为一种应用范围愈加广泛的表面机械强化工艺,本文以现有加工设备为基础,对6061铝合金试件开展了超声冲击表面强化的基础试验研究,主要研究内容如下:1、设计并制作超声冲击振动系统的主要部件。基于理论分析与计算,对试验用超声换能器与一体化变幅杆进行了设计与制作,同时借助相关仪器对振动系统的振动性能进行了测试,获取了系统确切的阻抗与振幅参数。2、构建试验平台进行强化工艺试验并对试验过程进行仿真分析。明确试验原理及主要工艺参数,构建了可以基于系统等效阻抗进行机床自动控制的试验平台,并设计了相应的正交试验方案,同时对相同参数条件下的冲击试验过程进行了有限元模拟,探究了冲击处理后试件材料表层残余应力场的分布规律。3、对超声冲击处理后试件的表面残余应力及相关组织性能进行测试,分析了超声冲击对材料的强化机理。测试结果表明,冲击处理后,材料表面形成显著残余压应力,且冲击振幅对应力值的影响效果最显著;材料表层硬度明显增加,晶粒细化,组织结构变得紧密,形成硬化层;试件疲劳失效寿命增加,抗疲劳性能得到改善。

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