高強(qiáng)雙相鋼噴丸強(qiáng)化及其XRD表征.pdf

1、高強(qiáng)雙相鋼具有馬氏體和奧氏體兩相結(jié)構(gòu)，具有高的硬度和強(qiáng)度，在高速重載等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。噴丸技術(shù)是金屬材料表面強(qiáng)化的有效方法，能改善金屬材料表層的應(yīng)力分布和組織結(jié)構(gòu)，提高其使用性能。本文研究了不同參數(shù)噴丸條件下高強(qiáng)雙相鋼不同相的殘余應(yīng)力場(chǎng)、相變及組織結(jié)構(gòu)變化，并通過(guò)有限元模擬分析了不同相及其界面處殘余應(yīng)力的分布；還研究了在高溫和外載荷加載條件下的殘余應(yīng)力松弛行為以及組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律；最后結(jié)合噴丸后高強(qiáng)雙相鋼的力學(xué)性能，對(duì)噴丸的強(qiáng)化機(jī)

2、理進(jìn)行了分析。
　　采用復(fù)合噴丸技術(shù)對(duì)高強(qiáng)雙相鋼進(jìn)行了表面強(qiáng)化處理，結(jié)果表明，噴丸后高強(qiáng)雙相鋼發(fā)生了馬氏體相變，噴丸后表面殘余奧氏體的含量幾乎為0，隨層深的增加奧氏體轉(zhuǎn)變量遞減；噴丸后馬氏體和奧氏體相都具有明顯的殘余壓應(yīng)力，兩相殘余壓應(yīng)力都隨層深的增加先增大后減??；在相同層深下，殘余壓應(yīng)力隨噴丸強(qiáng)度（次數(shù)）的增加而增大，研究范圍內(nèi)三次噴丸產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力最大，影響深度也最高，三次噴丸后18CrNiMo7-6鋼馬氏體殘余壓應(yīng)力在20

3、μm處達(dá)到最大值-1463 MPa，表層殘余應(yīng)力為-1256 MPa；奧氏體殘余壓應(yīng)力在20μm處達(dá)到最大值-1039 MPa，表面殘余壓應(yīng)力為-766 MPa，三次噴丸對(duì)兩相殘余應(yīng)力的影響深度都超過(guò)300μm。同時(shí)，多次復(fù)合噴丸后表面殘余應(yīng)力的分布更加均勻。
　　單個(gè)彈丸撞擊模型有限元分析顯示，單個(gè)彈丸撞擊后馬氏體和奧氏體都具有殘余壓應(yīng)力，馬氏體的殘余壓應(yīng)力大于奧氏體的殘余壓應(yīng)力，且在兩相界面處出現(xiàn)應(yīng)力集中；8層彈丸撞擊模型分析

4、結(jié)果顯示，噴丸后馬氏體和奧氏體及其界面在近表面都具有明顯的殘余壓應(yīng)力，且殘余壓應(yīng)力隨著層深增加是先增大后減小，殘余應(yīng)力模擬值的大小及分布規(guī)律與實(shí)驗(yàn)值基本吻合。
　　研究了噴丸殘余壓應(yīng)力在高溫條件下的松弛行為，結(jié)果表明，殘余壓應(yīng)力在加熱起始階段松弛最為顯著，最終趨于穩(wěn)定，加熱溫度越高以及保溫時(shí)間越長(zhǎng)殘余壓應(yīng)力降低也愈大。應(yīng)力松弛過(guò)程可由Zener?Wert?Avrami函數(shù)表示，基于該函數(shù)，通過(guò)對(duì)不同溫度下殘余應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線的回

5、歸分析可得到18CrNiMo7-6鋼和GCr15鋼殘余壓應(yīng)力松弛激活能分別為108 kJ/mol和115 kJ/mol。
　　對(duì)高強(qiáng)雙相鋼噴丸后殘余應(yīng)力在外載荷作用下的松弛行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，外加靜載荷作用時(shí)，載荷越大，壓應(yīng)力松弛速率越明顯；在500 MPa、600 MPa和700 MPa外加循環(huán)載荷作用下，噴丸后18CrNiMo7-6鋼分別經(jīng)過(guò)10、5和3次循環(huán)時(shí)表面殘余應(yīng)力發(fā)生劇烈松弛，之后殘余應(yīng)力值漸趨穩(wěn)定，表面噴丸殘

6、余壓應(yīng)力在以上循環(huán)載荷下分別松弛了26.3％、52.3%和71.2%。
　　研究了噴丸對(duì)高強(qiáng)雙相鋼馬氏體和奧氏體衍射峰半高寬（FWHM）的影響，結(jié)果表明，馬氏體的FWHM隨層深增加先減小后增大，奧氏體的FWHM隨層深增加遞減。采用單峰、多峰和全譜擬合等X射線衍射（XRD）線形分析方法表征了噴丸層馬氏體和奧氏體組織結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律，結(jié)果表明，噴丸后高強(qiáng)雙相鋼馬氏體和奧氏體的晶塊尺寸隨層深的增加都依次增加，噴丸層為納米級(jí)晶塊層；噴丸后馬

7、氏體微觀畸變隨層深增加是先減小后增大，發(fā)生了循環(huán)軟化和循環(huán)再硬化兩個(gè)過(guò)程，而奧氏體微觀畸變隨層深增加依次減小，發(fā)生了循環(huán)硬化過(guò)程；隨噴丸強(qiáng)度（次數(shù)）的增加，噴丸層組織結(jié)構(gòu)變化程度愈大，晶塊尺寸的分布更加均勻。
　　在退火過(guò)程中，隨著溫度和保溫時(shí)間的增加噴丸高強(qiáng)雙相鋼表層馬氏體顯微畸變依次降低，晶塊尺寸依次增大。三次噴丸后18CrNiMo7-6鋼馬氏體的晶界遷移激活能和微觀畸變松弛激活能分別為153 KJ/mol和131 KJ/mo

8、l，GCr15鋼馬氏體晶界遷移能和微觀畸變松弛激活能分別為166 KJ/mol和136 KJ/mol。
　　噴丸后高強(qiáng)雙相鋼硬度在表面達(dá)到最大值，三次噴丸后18CrNiMo7-6鋼表面硬度達(dá)到最大值937 HV，比基體材料硬度值增大56%，隨著層深的增加硬度先減小后增大，出現(xiàn)了循環(huán)軟化和循環(huán)軟化再硬化的過(guò)程；經(jīng)對(duì)硬度和FWHM及應(yīng)力的變化規(guī)律分析得到它們之間的關(guān)系式，證實(shí)了除組織結(jié)構(gòu)強(qiáng)化外，噴丸殘余應(yīng)力對(duì)硬度的貢獻(xiàn)不容忽視。經(jīng)硬度