鉆孔過程導(dǎo)致馬氏體組織鋼表面納米化研究.pdf

1、超細晶體材料由于其相對于粗晶材料具有更優(yōu)異的物理和機械性能而倍受關(guān)注。嚴重塑性變形導(dǎo)致表面納米化通過提高材料表面性能來提高材料整體價值。本研究利用光學(xué)顯微鏡(OM)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)，透射電子顯微鏡(TEM)等分析方法系統(tǒng)研究了原始組織為馬氏體的鋼經(jīng)過鉆孔工藝后，微觀結(jié)構(gòu)特征和超細晶組織的熱穩(wěn)定性。利用顯微硬度計測定了距表面層不同深度的硬度分布。估算了鉆孔表面的塑性應(yīng)變量。并與其它嚴重塑性變形納米化方式進行了對比，以

2、進一步認識納米化過程的本質(zhì)。 根據(jù)實驗觀察，在一定鉆孔參數(shù)下鉆孔后，在原始組織為馬氏體的表面硬化鉻鉬鋼SCM420H和碳鋼S55C表面均可形成具有一定厚度的、等軸、隨機取向的納米鐵素體結(jié)構(gòu)表層，最小平均晶粒尺寸約為20nm，即實現(xiàn)了表面納米化。鉆孔表面微觀結(jié)構(gòu)隨距表層深度的變化依此可分為：等軸納米晶結(jié)構(gòu)區(qū)、等軸亞微米晶結(jié)構(gòu)區(qū)、變形馬氏體結(jié)構(gòu)區(qū)。由于表面層晶粒細化，超細晶區(qū)具有極高的硬度，可達8-13GPa。大的鉆削線速度有利于鉆

3、孔樣品表面組織超細化。不同溫度回火后的觀察結(jié)果表明，納米組織的回火行為不同于亞微米組織和變形馬氏體組織，在加熱過程中晶粒長大，長大速度緩慢，而無再結(jié)晶過程。而亞微米組織和變形馬氏體組織在回火過程中發(fā)生再結(jié)晶。即使在600℃回火1h后，原納米結(jié)構(gòu)區(qū)晶粒尺寸仍保持在100nm左右，表明鉆孔過程中嚴重塑性變形導(dǎo)致的超細晶組織熱穩(wěn)定性良好。塑形應(yīng)變量、應(yīng)變速率在鉆孔表面處最大，隨距表面深度增加逐漸減小。研究分析表明，嚴重塑性變形可導(dǎo)致鉆孔最表層

4、真應(yīng)變達到14左右，大于目前所認為的形成納米結(jié)構(gòu)所需最小應(yīng)變量(其值為7左右)。 Al-Zn對稱成分合金失穩(wěn)分解后的組織在277℃以下等溫處理時將發(fā)生不連續(xù)析出轉(zhuǎn)變。利用金相組織觀察、X射線衍射和掃描電子顯微鏡等分析方法，通過對Al-Zn二元合金不連續(xù)析出轉(zhuǎn)變的觀察和添加2at％Cu后Al-Zn二元和AlZn-2Cu三元合金不連續(xù)析出轉(zhuǎn)變的對比，系統(tǒng)研究了Al-Zn對稱失穩(wěn)分解合金的不連續(xù)析出轉(zhuǎn)變行為及添加少量Cu的影響。

5、 實驗結(jié)果表明，AlZn對稱成分合金在單相區(qū)固溶處理后于277℃以下等溫處理時將發(fā)生由fcc結(jié)構(gòu)α-Al相和hcp結(jié)構(gòu)的β-Zn相構(gòu)成的不連續(xù)析出轉(zhuǎn)變，這是一種典型的擴散型相變，相變產(chǎn)物為片層組織。添加2at％Cu對AlZn對稱成分合金不連續(xù)析出轉(zhuǎn)變的組織形態(tài)并沒有明顯的影響，仍然是細片層胞狀組織，但是組織組成物除fcc結(jié)構(gòu)α-Al相和hcp結(jié)構(gòu)的β-Zn相外，還存在富Cu相(CuZn4相)。溫度對兩合金的形核位置有明顯的影響，溫度越