本文選題：超聲沖擊處理 + 電火花沉積�。� 參考：《天津大學》2015年博士論文

【摘要】：表面強化處理是提高材料表面及疲勞性能的重要手段,但采用傳統(tǒng)單一表面強化處理技術難以在顯著提高材料表面性能的同時改善其疲勞性能,基于此本文基于超聲沖擊和電火花表面加工,提出了新型超聲沖擊復合電火花表面強化處理(UIET)技術。在設計研制專用UIET設備基礎上,通過大量工藝試驗在金屬材料表面制備了存在殘余壓縮應力場的涂層。通過分析UIET過程中的撞擊信號和電流信號,揭示了其基本原理;利用SEM、EDS、XRD、XPS等手段表征了涂層的組織構成,進一步分析了其形成機理;研究了各工藝參數對涂層的影響,并測試了涂層的表面性能以及使用性能。以Ti-6Al-4V為基體系統(tǒng)研究了UIET過程及涂層形成機制,結果表明:UIET過程穩(wěn)定可持續(xù),涂層是由基體元素、電極元素及被電火花電離的氣體或液體元素發(fā)生合金化反應而形成的新相。涂層由于其快速凝固過程且受到沖擊球的撞擊,增加了形核率,在撞擊和擠壓作用下最終形成細小的顆粒。以45號鋼為基體,YG6硬質合金為沖擊球的工藝研究結果表明,UIET過程中沖擊球的穩(wěn)態(tài)溫度和撞擊能量是影響涂層質量的主要因素。采用優(yōu)化后的UIET工藝在45號鋼表面制備出了厚度均勻且存在殘余壓縮應力場的涂層,涂層下方為難以被腐蝕的白層。UIET后材料表面硬度由于涂層的存在得到顯著提高,涂層下方白層的硬度也由于晶粒細化得到了明顯提高。UIET后材料表面殘余應力為-1786MPa。UIET表面由于涂層的存在及其與基體的冶金結合,摩擦磨損性能和腐蝕性能得到顯著提高,在中低應力水平下的疲勞性能也有明顯提升。疲勞性能的改善機制主要為UIET過程中電火花對材料表面的重熔作用消除了可能存在的疊形缺陷,并且UIET制備的涂層在疲勞過程中可減少材料表層殘余壓縮應力的釋放,以對疲勞裂紋的萌生和擴展起到延緩作用。
[Abstract]:Surface strengthening treatment is an important means to improve the surface and fatigue properties of materials. However, it is difficult to improve the fatigue properties of the materials by using the traditional single surface strengthening treatment technology while improving the surface properties of the materials. Based on ultrasonic impact and EDM, a new type of EDM surface strengthening technology is proposed in this paper. Based on the design and development of special UIET equipment, a coating with residual compressive stress field was prepared on the surface of metal material through a large number of technological tests. By analyzing the impact signal and current signal in the process of UIET, the basic principle is revealed, the microstructure of the coating is characterized by means of UIET, and the mechanism of the coating formation is further analyzed, and the influence of various process parameters on the coating is studied. The surface properties and application properties of the coatings were also tested. The UIET process and coating formation mechanism were systematically studied by using Ti-6Al-4V as substrate. The results show that the UIET process is stable and sustainable. The coating is a new phase formed by alloying reaction of matrix element, electrode element and gas or liquid element ionization by electric spark. Due to its rapid solidification process and the impact of the impact ball, the coating increased the nucleation rate, and finally formed fine particles under the impact and extrusion action. The process of using 45 steel as substrate and YG6 cemented carbide as impact ball shows that the steady state temperature and impact energy of the impact ball are the main factors affecting the coating quality during UIET process. Using the optimized UIET process, a uniform thickness coating with residual compressive stress field was prepared on 45 steel surface. The hardness of the coating was improved because of the existence of the coating, which was hard to corrode under the white layer. The hardness of the white layer under the coating is also improved obviously because of the grain refinement. The surface residual stress of the material is -1786 MPa.UIET after grain refinement. Because of the existence of the coating and its metallurgical bonding with the substrate, the friction and wear properties and the corrosion resistance of the white layer are greatly improved. The fatigue properties at low and medium stress levels are also significantly improved. The improvement mechanism of fatigue performance is that the remelting of EDM on the surface of the material in the process of UIET eliminates the possible stacking defects, and the coating prepared by UIET can reduce the release of residual compressive stress in the surface of the material during fatigue. In order to delay the initiation and propagation of fatigue cracks.
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG668

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本文編號：1788323