0Cr18Ni9Ti不銹鋼與TA17鈦合金表面自納米化后的熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、本文利用表面機(jī)械研磨處理(SMAT)法對(duì)0Cr18Ni9Ti不銹鋼、TA17鈦合金進(jìn)行了表面自納米化處理，得到了表層為納米晶，且晶粒尺寸沿試樣厚度方向增加的變形梯度組織。然后對(duì)經(jīng)過(guò) SMAT處理后的試樣進(jìn)行了熱分析、等時(shí)和等溫退火，利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、透射電鏡(TEM)研究了表層納米組織在退火過(guò)程中的微觀形貌的演變、晶粒長(zhǎng)大行為、微觀畸變的變化，并利用顯微硬度計(jì)測(cè)試了表層的顯微硬度，分析了

2、影響表層納米晶的熱穩(wěn)定性的因素，并揭示了納米材料熱穩(wěn)定性的機(jī)理。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0Cr18Ni9Ti不銹鋼在經(jīng)過(guò)SMAT處理后，在表層獲得了約250μm的劇烈變形層，并且最表層獲得幾乎百分之百的應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體，其含量隨距表層深度的增加而逐漸降低。對(duì)其進(jìn)行退火后，得到以下結(jié)論：
　　表層組織在經(jīng)過(guò)250℃～850℃保溫30min的退火后，仍保留表面研磨處理所形成的梯度結(jié)構(gòu)變形層。只是隨著退火溫度的升高，變形層中晶粒晶界逐漸

3、清晰，位錯(cuò)和孿晶等晶體缺陷密度逐漸降低。在250℃時(shí)晶粒尺寸變化不大，在400℃時(shí)，晶粒長(zhǎng)大到47.6nm，微觀畸變從0.170％降低到0.135%；在600℃時(shí)，平均晶粒尺寸增大至70nm左右，而在700℃下，則超過(guò)了100nm，微觀畸變也急劇下降至0.044%。綜合熱分析得出，表層組織大約在200℃時(shí)開(kāi)始發(fā)生回復(fù)，在400～500℃發(fā)生再結(jié)晶，而在600～700℃，晶粒明顯長(zhǎng)大。在差示掃描量熱分析(DSC)曲線(xiàn)上得出晶粒明顯長(zhǎng)大的臨

4、界溫度為660℃左右。利用Arrhenius公式計(jì)算了晶粒長(zhǎng)大所需的激活能為24.68kJ/mol，遠(yuǎn)小于正常晶粒長(zhǎng)大的激活能。這解釋了為什么劇烈塑性變形得到的納米晶組織往往在較低的溫度下開(kāi)始再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。在600℃保溫30min時(shí)，表層馬氏體相對(duì)含量由400℃處理后的98.5%下降到68.57%，并隨著退火溫度的升高而繼續(xù)降低，在700℃，馬氏體殘余相對(duì)含量?jī)H為18.65%。在600℃保溫2～20min時(shí)，表層的馬氏體并為來(lái)得及轉(zhuǎn)

5、變，因此，表層馬氏體的逆轉(zhuǎn)變?cè)杏龝r(shí)間為20min～30min。表層顯微硬度仍呈梯度結(jié)構(gòu)變化，并隨著退火溫度的升高而逐漸降低。但是即使在850℃退火后，最表層的硬度仍遠(yuǎn)大于基體組織的硬度，其硬度的熱穩(wěn)定性較好。
　　TA17鈦合金表面機(jī)械研磨處理后，在表層獲得了約127μm的劇烈變形層，在變形層過(guò)渡區(qū)存在高密度的形變孿晶。對(duì)其退火處理后，得到以下結(jié)論：
　　在低溫下(250～400℃)，其梯度結(jié)構(gòu)變形層并未發(fā)生明顯變化，表層納

6、米晶的平均晶粒尺寸僅僅從24.8nm變?yōu)?8.0nm，平均微觀畸變由0.15%降低為0.12%；在600℃下，晶粒長(zhǎng)大至50.0nm，微觀畸變降低至0.09%。在700℃，晶粒尺寸增長(zhǎng)到70nm以上；在850℃退火后，晶粒尺寸已經(jīng)超出納米量級(jí)，微觀畸變更是進(jìn)一步大幅度降低至0.037%，變形梯度結(jié)構(gòu)已經(jīng)很不明顯。TA17鈦合金在250℃時(shí)，組織開(kāi)始發(fā)生回復(fù)，在溫度達(dá)到550℃時(shí)，開(kāi)始再結(jié)晶，在700℃時(shí)，晶粒明顯長(zhǎng)大。在DSC曲線(xiàn)上得出