超声冲击处理对42CrMo4钢表面残余应力与电化学性能的影响
Effects of ultrasonic impact treatment on surface residual stress and electrochemical properties of 42CrMo4 steel
- 机械强度 2026年48卷第1期 页码：93-99
- 作者机构：
1.上海海事大学 物流工程学院，上海 201306
2.上海外高桥造船海洋工程有限公司，上海 201306
3.浙江大学 机械工程学院 浙江省增材制造技术与装备重点实验室，杭州 310058
4.浙江大学 机械工程学院 流体动力基础件与机电系统全国重点实验室，杭州 310058
- 作者简介：
董政，男，2003年生，河南信阳人；主要研究方向为残余应力控制技术；E-mail：19836957018@163.com。
徐冠华（通信作者），男，1986年生，内蒙古鄂尔多斯人，博士，高级工程师；主要研究方向为振动测试技术；E-mail：xuguanhua@zju.edu.cn。
- 基金信息：国家自然科学基金项目(52105466;51805477)
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.012
中图分类号： TG115收稿：2024-03-24，
纸质出版：2026-01-15
- 稿件说明：
移动端阅览
董政，杨聪，顾邦平，等. 超声冲击处理对42CrMo4钢表面残余应力与电化学性能的影响［J］. 机械强度，2026，48（1）：93-99.
DONG Zheng，YANG Cong，GU Bangping，et al. Effects of ultrasonic impact treatment on surface residual stress and electrochemical properties of 42CrMo4 steel［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：93-99.
董政，杨聪，顾邦平，等. 超声冲击处理对42CrMo4钢表面残余应力与电化学性能的影响［J］. 机械强度，2026，48（1）：93-99. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.012.
DONG Zheng，YANG Cong，GU Bangping，et al. Effects of ultrasonic impact treatment on surface residual stress and electrochemical properties of 42CrMo4 steel［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（1）：93-99. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.01.012.
摘要
目的
2
为解决42CrMo4钢（常用于承受动态载荷的机械部件）因残余拉应力导致寿命降低、且在恶劣环境下易受腐蚀的问题，探究了超声冲击处理对其表面残余应力与电化学性能的调控作用。
方法
2
首先，采用0、4、8 min超声冲击处理（电流2.0 A、频率40 kHz）42CrMo4钢试样。其次，通过超景深三维数字显微镜表征其微观组织，通过显微硬度计测试其显微硬度。然后，采用小孔法测量其残余应力。最后，利用三电极体系（3.5%NaCl溶液）测试其电化学性能（极化曲线、阻抗谱）。
结果
2
结果表明，超声冲击使试样表面产生塑性变形与晶粒细化；采用超声冲击8 min时试样表面平均硬度达262.9 HV（较初始值提升14.3%），残余拉应力转为压应力且随处理时间增大，
x
、
y
轴向最大残余压应力分别为-204.2、-121.5 MPa，腐蚀电流密度降至未处理试样的12%，耐腐蚀性能最优。晶粒细化、塑性变形及残余压应力的协同作用是性能提升的关键机制。
Abstract
Objective
2
To solve the problems that 42CrMo4 steel (commonly used in mechanical components bearing dynamic loads) has reduced service life due to residual tensile stress and is susceptible to corrosion in harsh environments
the regulatory effect of ultrasonic impact treatment on its surface residual stress and electrochemical properties was investigated.
Methods
2
Firstly
42CrMo4 steel samples were treated with ultrasonic impact for 0
4
and 8 minutes (current 2.0 A
frequency 40 kHz). Secondly
their microstructures were characterized by a ultra-depth-of-field 3D digital microscope
and their microhardness was tested by a microhardness tester. Then
their residual stress was measured by the small hole method. Finally
their electrochemical properties (polarization curves
impedance spectra) were tested using a three-electrode system (3.5% NaCl solution).
Results
2
The results showed that ultrasonic impact caused plastic deformation and grain refinement on the surface of the samples;at 8 minutes
the average surface hardness reached 262.9 HV (14.3% higher than the initial value)
the residual tensile stress was converted to compressive stress and increased with treatment time
and the maximum residual compressive stresses in the
x
and
y
axes at 8 minutes were -204.2 MPa and -121.5 MPa
respectively;at 8 minutes
the corrosion current density was reduced to 12% of that of the untreated sample
showing the best corrosion resistance. The synergistic effect of grain refinement
plastic deformation and residual compressive stress was the key mechanism for performance improvement.
关键词
Keywords
references
CHAOUCH D ， GUESSASMA S ， SADOK A . Finite element simulation coupled to optimisation stochastic process to assess the effect of heat treatment on the mechanical properties of 42CrMo4 steel ［J］. Materials & Design ， 2012 ， 34 ： 679 - 684 .
JIANG B ， ZHOU L Y ， WEN X L ， et al . Heat treatment properties of 42CrMo steel for bearing ring of varisized shield tunneling machine ［J］. Acta Metallurgica Sinica （English Letters） ， 2014 ， 27 （ 3 ）： 383 - 388 .
LIVERIC L ， IIJKIĆ D ， JURKOVIĆ Z ， et al . Corrosion behaviour of annealed 42CrMo4 steel ［J］. Materials and Technologies ， 2023 ， 57 （ 2 ）： 111 - 117 .
HANZA S S ， ŠTIC L ， LIVERIĆ L ， et al . Corrosion behaviour of tempered 42CrMo4 steel ［J］. Materials and Technology ， 2021 ， 55 （ 3 ）： 427 - 433 .
罗家元 ， 李鑫 ， 谭超 . 焊接残余应力对高强钢点焊接头裂纹扩展及疲劳性能的影响 ［J］. 机械强度 ， 2024 ， 46 （ 2 ）： 439 - 445 .
LUO Jiayuan ， LI Xin ， TAN Chao . Effect of welding residual stress on crack propagation and fatigue performance of high strength steel spot welding joint ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2024 ， 46 （ 2 ）： 439 - 445 . （In Chinese）
BURDZIK R ， STANIK Z ， WARCZEK J . Method of assessing the impact of material properties on the propagation of vibrations excited with a single force impulse ［J］. Archives of Metallurgy and Materials ， 2012 ， 57 （ 2 ）： 409 - 416 .
TARASIUK W ， GORDIENKO A ， WOLOCKO A ， et al . The tribological properties of laser hardened steel 42CrMo4 ［J］. Archives of Metallurgy and Materials ， 2015 ， 60 （ 4 ）： 2939 - 2944 .
刘杰 ， 李建东 ， 吕雷 ， 等 . 油井井下防腐工具的应用评价 ［J］. 表面技术 ， 2016 ， 45 （ 8 ）： 92 - 97 .
LIU Jie ， LI Jiandong ， LÜ Lei ， et al . Evaluation on application of corrosion protection downhole tool in oil-wells ［J］. Surface Technology ， 2016 ， 45 （ 8 ）： 92 - 97 . （In Chinese）
ZHI Z ， ZHOU X ， ZENG D Z ， et al . Evaluation on chloride cracking of S135 high-strength drill pipe ［J］. Advanced Materials Research ， 2012 ，430/ 431 / 432 ： 636 - 639 .
CUI X Y ， WANG C B ， KANG J J ， et al . Influence of the corrosion of saturated saltwater drilling fluid on the tribological behavior of HVOF WC-10Co 4 Cr coatings ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2017 ， 71 ： 195 - 203 .
LI L ， KIM M ， LEE S ， et al . Influence of multiple ultrasonic impact treatments on surface roughness and wear performance of SUS301 steel ［J］. Surface and Coatings Technology ， 2016 ， 307 ： 517 - 524 .
丛家慧 ， 林方旭 ， 高嘉元 . 超声冲击时间对SMA490BW钢焊接接头组织与性能的影响 ［J］. 兵器材料科学与工程 ， 2023 ， 46 （ 3 ）： 7 - 12 .
CONG Jiahui ， LIN Fangxu ， GAO Jiayuan . Effect of ultrasonic impact time on structure and performance of SMA490BW steel welded joint ［J］. Ordnance Material Science and Engineering ， 2023 ， 46 （ 3 ）： 7 - 12 . （In Chinese）
王永祥 ， 何柏林 ， 李力 . 超声冲击改善P355NL1钢焊接接头腐蚀疲劳性能研究 ［J］. 中国腐蚀与防护学报 ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 120 - 126 .
WANG Yongxiang ， HE Bolin ， LI Li . Improvement of corrosion fatigue performance of P355NL1 steel welded joint by ultrasonic impact ［J］. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 120 - 126 . （In Chinese）
全国钢标准化技术委员会 . 金属材料 残余应力测定 钻孔应变法 ： GB/T 31310—2014 ［S］. 北京 ： 中国标准出版社 ， 2014 ： 26 .
National Technical Committee on Steel Standardization . Metallic material-Determination of residual stress-Hole drilling strain-gauge method ： GB/T 31310—2014 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2014 ： 26 . （In Chinese）
LUO X ， REN X ， JIN Q ， et al . Microstructural evolution and surface integrity of ultrasonic surface rolling in Ti 6 Al 4 V alloy ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2021 ， 13 ： 1586 - 1598 .
何柏林 ， 谢学涛 ， 丁江灏 ， 等 . 超声冲击改善MB8镁合金焊接接头超高周疲劳性能的机理 ［J］. 稀有金属材料与工程 ， 2019 ， 48 （ 2 ）： 650 - 655 .
HE Bolin ， XIE Xuetao ， DING Jianghao ， et al . Mechanism of improving ultra-high cycle fatigue properties of MB8 magnesium alloy welded joint by ultrasonic impact treatment ［J］. Rare Metal Materials and Engineering ， 2019 ， 48 （ 2 ）： 650 - 655 . （In Chinese）
FARHAT Z N ， DING Y ， NORTHWOOD D O ， et al . Effect of grain size on friction and wear of nanocrystalline aluminum ［J］. Materials Science and Engineering：A ， 1996 ， 206 （ 2 ）： 302 - 313 .
周南阳 ， 何亮 ， 程彬 ， 等 . 超声冲击处理改善焊接接头力学特性研究进展 ［J］. 材料开发与应用 ， 2023 ， 38 （ 5 ）： 94 - 98 .
ZHOU Nanyang ， HE Liang ， CHENG Bing ， et al . Research progress in improving mechanical properties of welded joints by ultrasonic impact treatment ［J］. Development and Application of Materials ， 2023 ， 38 （ 5 ）： 94 - 98 . （In Chinese）
XU Q Z ， LIU Y ， LU H Y ， et al . Surface integrity and corrosion resistance of 42CrMo4 high-strength steel strengthened by hard turning ［J］. Materials ， 2021 ， 14 （ 22 ）： 6995 .
SU H ， SHEN X H ， XU C H ， et al . Surface characteristics and corrosion behavior of TC11 titanium alloy strengthened by ultrasonic roller burnishing at room and medium temperature ［J］. Journal of Materials Research and Technology ， 2020 ， 9 （ 4 ）： 8172 - 8185 .
王亮添 ， 胡文钰 ， 黄国斌 ， 等 . 残余应力存在时Cl - 对304不锈钢管道点蚀行为的影响 ［J］. 西安交通大学学报 ， 2022 ， 56 （ 11 ）： 104 - 114 .
WANG Liangtian ， HU Wenyu ， HUANG Guobin ， et al . Effects of Cl - on pitting corrosion of 304 stainless steel pipes in the presence of different residual stresses ［J］. Journal of Xi'an Jiaotong University ， 2022 ， 56 （ 11 ）： 104 - 114 . （In Chinese）
0
浏览量
72
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 豫ICP备05013835号-4
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies