高強雙相鋼噴丸強化及其XRD表征.pdf

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

2、理進行了分析。
　　采用復合噴丸技術對高強雙相鋼進行了表面強化處理，結果表明，噴丸后高強雙相鋼發(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力，兩相殘余壓應力都隨層深的增加先增大后減??；在相同層深下，殘余壓應力隨噴丸強度（次數）的增加而增大，研究范圍內三次噴丸產生的殘余壓應力最大，影響深度也最高，三次噴丸后18CrNiMo7-6鋼馬氏體殘余壓應力在20

3、μm處達到最大值-1463 MPa，表層殘余應力為-1256 MPa；奧氏體殘余壓應力在20μm處達到最大值-1039 MPa，表面殘余壓應力為-766 MPa，三次噴丸對兩相殘余應力的影響深度都超過300μm。同時，多次復合噴丸后表面殘余應力的分布更加均勻。
　　單個彈丸撞擊模型有限元分析顯示，單個彈丸撞擊后馬氏體和奧氏體都具有殘余壓應力，馬氏體的殘余壓應力大于奧氏體的殘余壓應力，且在兩相界面處出現應力集中；8層彈丸撞擊模型分析

4、結果顯示，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力，且殘余壓應力隨著層深增加是先增大后減小，殘余應力模擬值的大小及分布規(guī)律與實驗值基本吻合。
　　研究了噴丸殘余壓應力在高溫條件下的松弛行為，結果表明，殘余壓應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間越長殘余壓應力降低也愈大。應力松弛過程可由Zener?Wert?Avrami函數表示，基于該函數，通過對不同溫度下殘余應力隨時間變化曲線的回

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

6、余壓應力在以上循環(huán)載荷下分別松弛了26.3％、52.3%和71.2%。
　　研究了噴丸對高強雙相鋼馬氏體和奧氏體衍射峰半高寬（FWHM）的影響，結果表明，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構的演變規(guī)律，結果表明，噴丸后高強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)再硬化兩個過程，而奧氏體微觀畸變隨層深增加依次減小，發(fā)生了循環(huán)硬化過程；隨噴丸強度（次數）的增加，噴丸層組織結構變化程度愈大，晶塊尺寸的分布更加均勻。
　　在退火過程中，隨著溫度和保溫時間的增加噴丸高強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。
　　噴丸后高強雙相鋼硬度在表面達到最大值，三次噴丸后18CrNiMo7-6鋼表面硬度達到最大值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，出現了循環(huán)軟化和循環(huán)軟化再硬化的過程；經對硬度和FWHM及應力的變化規(guī)律分析得到它們之間的關系式，證實了除組織結構強化外，噴丸殘余應力對硬度的貢獻不容忽視。經硬度