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原文传递确定零件疲劳裂纹萌生位置与表面完整性映射关系的方法

专利名称：	确定零件疲劳裂纹萌生位置与表面完整性映射关系的方法
摘要：	本发明公开了一种确定零件疲劳裂纹萌生位置与表面完整性映射关系的方法，包括用较小激光冲击能量a0和较大激光冲击能量a1分别对零件进行表面激光强化，使裂纹萌生位置分别产生于零件表面和次表面处；选取a0和a1的中间激光冲击能量an对零件进行表面激光强化，疲劳性能试验后观察裂纹萌生位置；将最后满足条件的裂纹萌生位置作为临界裂纹萌生位置，计算临界裂纹萌生位置对应的残余应力、硬度和表面轮廓量化值；通过改变同材料和同尺寸零件的表面轮廓进行试验，进而建立临界裂纹萌生位置与表面完整性的映射关系。本发明方法研究和评估表面完整性对零件疲劳性能的影响机制和规律、以及不同加工方法形成的加工表面完整性对零件疲劳性能的影响程度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京理工大学
发明人：	刘志兵;刘书尧;潘金秋;刘洋;王永;王西彬;焦黎;梁志强;籍永建;黄涛;陈晖;陈掣
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-20T00:00:00+0800
申请号：	CN201910381303.5
公开号：	CN110146375A
代理机构：	北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	李冉
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100089 北京市海淀区中关村南大街5号
主权项：	1.确定零件疲劳裂纹萌生位置与表面完整性映射关系的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：利用第一激光冲击能量a0以及第二激光冲击能量a1分别对零件进行表面激光强化，a1＞a0，使裂纹萌生位置分别产生于零件表面和零件次表面处，其中，位于零件表面的裂纹萌生位置距离表面的高度为H0，位于零件次表面的裂纹萌生位置距离表面的高度为H1，H1＞H0，H0＝0； S2：选取中间激光冲击能量an对零件进行表面激光强化，疲劳性能试验后观察最初裂纹萌生位置，其中an＝(a0+a1)/2，最初裂纹萌生位置距离表面的高度为Hn； S3：判断Hn是否满足以下条件，H0＜Hn≤H临界，其中，H临界＜H1；若满足以上条件，则执行S4，否则返回S2，利用试验二分法重新确定激光冲击能量，再进行疲劳性能试验； S4：将满足条件的裂纹萌生位置作为临界裂纹萌生位置，计算临界裂纹萌生位置对应的残余应力、硬度和表面轮廓量化值； S5：重复S1～S4，通过改变同材料和同尺寸零件的表面轮廓进行试验，获得多组临界裂纹萌生位置对应的残余应力、硬度和表面轮廓量化值，进而建立临界裂纹萌生位置与表面完整性的映射关系。 2.根据权利要求1所述的确定零件疲劳裂纹萌生位置与表面完整性映射关系的方法，其特征在于，利用试验二分法重新确定中间激光冲击能量，再进行疲劳性能试验的具体步骤为：若Hn＝0，说明最初裂纹萌生位置在零件表面，则选取中间激光冲击能量am，am＝(an+a1)/2对零件表面进行激光强化，疲劳性能试验后观察裂纹萌生位置，此时，裂纹萌生位置距离表面的高度为Hm，判断H0＜Hm≤H临界；若H临界＜Hn≤H1，说明最初裂纹萌生位置在零件内部，则选取中间激光冲击能量am，am＝(a0+an)/2对零件表面进行激光强化，疲劳性能试验后观察裂纹萌生位置，此时，裂纹萌生位置距离表面的高度为Hm，判断H0＜Hm≤H临界。 3.根据权利要求2所述的确定零件疲劳裂纹萌生位置与表面完整性映射关系的方法，其特征在于，计算临界裂纹萌生位置对应的残余应力、硬度和表面轮廓量化值的具体步骤为： S41：采用粗糙度测试仪得到临界裂纹萌生位置处的表面轮廓，其中，表面轮廓各点的高度为Z，表面轮廓长度为L，表面轮廓微观不平度十点的最大高度为Zmax，表面轮廓微观不平度十点的最小高度为Zmin；计算表面轮廓算数平均偏差、轮廓最大高度和微观不平度十点高度： Ry＝\|Zmax-Zmin\| (2) 其中，Ra表示表面轮廓算数平均偏差，Ry表示轮廓最大高度，Rz表示微观不平度十点高度； S42：利用表面轮廓算数平均偏差、轮廓最大高度和微观不平度十点高度计算表面轮廓量化值，其计算公式为：其中，表示微观不平度十点底部平均曲率，n为应力状态，剪切应力取1，拉拉或拉压应力取2； S43：测量临界裂纹萌生位置处表面的残余应力Δσ，并将残余应力转换为量化的应力门槛值，其计算公式为：其中，系数A与最初裂纹萌生位置有关，当最初裂纹萌生位置在零件内部时，取值为0.65，当最初裂纹萌生位置在零件表面时，取值为0.5；areacrack表示临界裂纹面垂直于主应力轴方向的投影面积，投影面看作为椭圆形，a和b分别表示椭圆形裂纹的长轴和短轴； S44：通过S41～S43可以得到一组其中，H为通过测量得到的表面硬度值。 4.根据权利要求3所述的确定零件疲劳裂纹萌生位置与表面完整性映射关系的方法，其特征在于，S5具体为： S51：重复S1～S4，用同样的方法对其他组同尺寸同材料但不同表面轮廓的零件材料进行疲劳性能试验，获得多组 S52：多不同组的进行方程拟合，其计算公式为：其中，C1、C2为常数项； S53：建立临界裂纹萌生位置与表面完整性的映射关系为：
所属类别：	发明专利