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(jié)構(gòu)，具有高的硬度和強度，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)噴丸條件下高強雙相鋼不同相的殘余應(yīng)力場、相變及組織結(jié)構(gòu)變化，并通過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)合噴丸后高強雙相鋼的力學(xué)性能，對噴丸的強化機

2、理進行了分析。
　　采用復(fù)合噴丸技術(shù)對高強雙相鋼進行了表面強化處理，結(jié)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(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處達到最大值-1039 MPa，表面殘余壓應(yīng)力為-766 MPa，三次噴丸對兩相殘余應(yīng)力的影響深度都超過300μm。同時，多次復(fù)合噴丸后表面殘余應(yīng)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(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)律與實驗值基本吻合。
　　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間越長殘余壓應(yīng)力降低也愈大。應(yīng)力松弛過程可由Zener?Wert?Avrami函數(shù)表示，基于該函數(shù)，通過對不同溫度下殘余應(yīng)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(yīng)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(yīng)力在外載荷作用下的松弛行為進行了研究，結(jié)果表明，外加靜載荷作用時，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10、5和3次循環(huán)時表面殘余應(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%。
　　研究了噴丸對高強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(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(xiàn)了循環(huán)軟化和循環(huán)軟化再硬化的過程；經(jīng)對硬度和FWHM及應(yīng)力的變化規(guī)律分析得到它們之間的關(guān)系式，證實了除組織結(jié)構(gòu)強化外，噴丸殘余應(yīng)力對硬度的貢獻不容忽視。經(jīng)硬度