本文關(guān)鍵詞： 高強(qiáng)雙相鋼 噴丸強(qiáng)化 殘余應(yīng)力 有限元模擬 XRD 組織結(jié)構(gòu)　出處：《上海交通大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)雙相鋼的力學(xué)性能,對(duì)噴丸的強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了分析。采用復(fù)合噴丸技術(shù)對(duì)高強(qiáng)雙相鋼進(jìn)行了表面強(qiáng)化處理,結(jié)果表明,噴丸后高強(qiáng)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小;在相同層深下,殘余壓應(yīng)力隨噴丸強(qiáng)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18Cr Ni Mo7-6鋼馬氏體殘余壓應(yīng)力在20μm處達(dá)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(dá)到最大值-1039 MPa,表面殘余壓應(yīng)力為-766 MPa,三次噴丸對(duì)兩相殘余應(yīng)力的影響深度都超過300μm。同時(shí),多次復(fù)合噴丸后表面殘余應(yīng)力的分布更加均勻。單個(gè)彈丸撞擊模型有限元分析顯示,單個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(duì)不同溫度下殘余應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線的回歸分析可得到18Cr Ni Mo7-6鋼和GCr15鋼殘余壓應(yīng)力松弛激活能分別為108 k J/mol和115 k J/mol。對(duì)高強(qiáng)雙相鋼噴丸后殘余應(yīng)力在外載荷作用下的松弛行為進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,外加靜載荷作用時(shí),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18Cr Ni Mo7-6鋼分別經(jīng)過10、5和3次循環(huán)時(shí)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(duì)高強(qiáng)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(qiáng)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(jí)晶塊層;噴丸后馬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(gè)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(qiáng)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(shí)間的增加噴丸高強(qiáng)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18Cr Ni Mo7-6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/mol,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(qiáng)雙相鋼硬度在表面達(dá)到最大值,三次噴丸后18Cr Ni Mo7-6鋼表面硬度達(dá)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(duì)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(shí)了除組織結(jié)構(gòu)強(qiáng)化外,噴丸殘余應(yīng)力對(duì)硬度的貢獻(xiàn)不容忽視。經(jīng)硬度分布云圖分析可知,隨噴丸次數(shù)的增加,表面硬度值的分布更加均勻。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG668

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1553061