面心立方金屬激光沖擊表面納晶化與微結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、激光沖擊技術(shù)是利用脈沖激光束輻照形成沖擊應(yīng)力波,從而實(shí)現(xiàn)材料表面改性的一種全新的表面強(qiáng)化技術(shù)。激光沖擊超高應(yīng)變速率下材料將會(huì)表現(xiàn)出許多與低應(yīng)變率加載不同的顯微亞結(jié)構(gòu)特征。為深入了解激光沖擊對(duì)材料微觀組織和性能的影響以及面心立方金屬在激光沖擊超高應(yīng)變速率下納晶化和形變強(qiáng)化的機(jī)理,本論文利用輸出波長為1064nm、脈沖寬度為20ns、光斑直徑為3mm的調(diào)Q釹玻璃激光對(duì)純鋁、純鎳、純銅和2Cr13Mn9Ni4奧氏體不銹鋼進(jìn)行表面沖擊強(qiáng)化處理。

2、采用熱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和透射電鏡觀察并分析了沖擊后上述材料表面形貌、截面組織形貌、微觀組織結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了顯微硬度測(cè)試。通過表面形貌的觀察、微結(jié)構(gòu)分析表征和力學(xué)性能測(cè)試,探討了激光沖擊面心立方金屬的表面晶粒納晶化機(jī)制和微結(jié)構(gòu)演變機(jī)制,并對(duì)多次激光沖擊微觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律作了初步研究。
　　 研究結(jié)果表明:(1)激光單次沖擊后純鋁、純鎳、純銅和奧氏體不銹鋼沖擊中心表層局部區(qū)域發(fā)現(xiàn)了納米晶體結(jié)構(gòu),在納米晶粒周圍觀察到非晶組織。純鋁沖擊中心

3、局部區(qū)域觀察到細(xì)化并非均勻的組織,由等軸亞微米晶粒和強(qiáng)烈形變晶粒構(gòu)成,這說明激光沖擊表面晶粒細(xì)化微觀上并非均勻。
　　 (2)激光單次沖擊后各材料表面均發(fā)現(xiàn)宏觀沖擊坑與微觀沖擊坑,沖擊中心表層截面區(qū)域無大范圍形變組織。激光單次沖擊純鋁誘發(fā)晶格畸變,誘發(fā)包括位錯(cuò)圈、位錯(cuò)胞、位錯(cuò)墻以及復(fù)雜位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的大量微結(jié)構(gòu),晶粒內(nèi)存在大量刃型位錯(cuò),還觀察到少量層錯(cuò)。激光單次沖擊后純鎳大晶粒局部分化形成尺寸較小的亞晶,還發(fā)現(xiàn)有明顯的位錯(cuò)胞狀組織

4、和形變孿晶組織。單次激光沖擊純銅誘發(fā)包括位錯(cuò)圈、孔洞在內(nèi)的空位簇缺陷,晶粒內(nèi)發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)胞、形變孿晶以及外應(yīng)力誘發(fā)的層錯(cuò)等缺陷。單次激光沖擊奧氏體不銹鋼,缺陷組態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏葘渝e(cuò)與形變孿晶相結(jié)合的形態(tài)特征。
　　 (3)激光沖擊強(qiáng)化的微觀機(jī)制應(yīng)當(dāng)分為激光沖擊誘導(dǎo)的晶粒細(xì)化機(jī)制與沖擊誘導(dǎo)的微結(jié)構(gòu)演變機(jī)制兩個(gè)部分。激光沖擊誘導(dǎo)的晶粒細(xì)化機(jī)制應(yīng)是自組織晶粒分化機(jī)制和絕熱剪切動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)再結(jié)晶間競(jìng)爭(zhēng)與綜合的過程。位錯(cuò)滑移機(jī)制可以很好地解釋高應(yīng)變

5、速率下中高層錯(cuò)能金屬強(qiáng)烈塑性形變后微結(jié)構(gòu)的演變,而對(duì)于中低層錯(cuò)能金屬,形變孿生與層錯(cuò)機(jī)制是一種有效地為滯留應(yīng)變而發(fā)生的塑性形變方式。此外,空位簇機(jī)制也是激光沖擊強(qiáng)化的微觀機(jī)理之一。
　　 (4)激光三次沖擊后,純鋁、純銅和奧氏體不銹鋼樣品表面產(chǎn)生明顯的凹凸不平現(xiàn)象,多次沖擊將使變形組織往沖擊深度方向擴(kuò)展。三次沖擊后純鋁位錯(cuò)胞尺寸下降,大量位錯(cuò)出現(xiàn)扭折、纏繞,遇到晶界或亞晶界的阻礙時(shí)發(fā)生位錯(cuò)塞積現(xiàn)象。三次激光沖擊純銅晶界兩側(cè)觀察到