本文關(guān)鍵詞：高速重?fù)魲l件下高錳鋼表面納米晶的制備及組織性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《燕山大學(xué)》 2015年

高速重?fù)魲l件下高錳鋼表面納米晶的制備及組織性能研究

馮曉勇  

【摘要】：本文以高錳鋼(Hadfield Steel)為研究對象,采用高速重?fù)艏夹g(shù)(HSP)優(yōu)化了其表層組織和性能,制備出不同程度的應(yīng)變硬化層和梯度納米晶層,系統(tǒng)的研究了室溫條件下HSP誘導(dǎo)高錳鋼表層納米化的組織演變過程和應(yīng)變硬化行為;具有納米組織的高錳鋼試樣的力學(xué)性能、摩擦磨損行為以及納米組織的變形行為;高錳鋼在HSP誘導(dǎo)組織納米化前后熱處理過程中的碳化物析出行為等。并且系統(tǒng)的分析了實際高錳鋼轍叉的疲勞裂紋擴展機理。研究表明:劇烈塑性變形過程中,高錳鋼組織納米化和應(yīng)變硬化這兩個過程不同時進行。它可分為兩個階段:第一階段以應(yīng)變硬化為主,原始晶粒發(fā)生機械變形,晶粒內(nèi)部位錯、形變孿晶逐漸產(chǎn)生并積累,二者共同協(xié)調(diào)高錳鋼的塑性變形過程,但沒有新晶界/亞晶界的形成。在此階段試樣表面硬度值逐漸增加達到飽和,其飽和硬度值由載荷大小決定,重?fù)糨d荷越大飽和硬度值越大;試樣表層的硬化速率由應(yīng)變速率決定,硬化速率隨應(yīng)變速率的增大而增加。第二階段以組織納米化為主,晶粒內(nèi)部的位錯、形變孿晶相互作用,導(dǎo)致晶粒細(xì)化直至納米級。這個階段位錯密度、孿晶密度和晶界密度對硬度的影響達到動態(tài)平衡,試樣表面硬度基本保持不變。高錳鋼表面組織的納米化程度和納米化速度由應(yīng)變速率決定。在第二階段組織納米化的過程中,孿晶界和位錯能夠通過位錯反應(yīng)在孿晶界處形成不可動的弗蘭克不全位錯和單位位錯,并且能夠使孿晶界上產(chǎn)生臺階并且造成孿晶上位錯的滑移、塞積、增殖,從而使平直的共格孿晶界向彎曲的非共格晶界轉(zhuǎn)變。隨后系統(tǒng)的分析了層錯能、位錯特征、孿晶厚度和能量條件等影響因素對位錯和孿晶界相互作用的影響,并提出一個物理模型闡述材料塑性變形納米化過程中位錯之間的相互作用以及位錯和孿晶的相互作用的機理,揭示具有中層錯能的金屬在SPD條件下的納米化機理。摩擦磨損試樣表明,高錳鋼組織的納米化,能夠顯著的提高其在室溫以及高溫條件下的耐磨性。這是由于,晶粒的細(xì)化能夠有效的提高試樣表面的活性,促進磨損過程中氧化物的生成,從而能夠有效的阻礙磨損過程中試樣表面和摩擦副的直接接觸,避免磨損表面的磨損破壞,阻礙粘著磨損的發(fā)生。均勻拉伸試驗結(jié)果表明,納米組織的高錳鋼展現(xiàn)了很高的抗拉強度以及比較理想的延展性。在塑性變形過程中,由于不同納米晶晶粒內(nèi)部存在的缺陷(位錯、孿晶)密度不同、不同納米晶晶粒尺寸的變形機理不同,從而導(dǎo)致在晶粒尺寸差異大的兩個相鄰晶粒的晶界或者晶界的三叉處產(chǎn)生微孔。微孔的產(chǎn)生、聚集、長大和相互連接是造成試樣拉伸斷裂的原因。劇烈塑性變形和組織納米化都能提高高錳鋼的碳化物析出溫度。這是因為,塑性變形過程能夠?qū)е赂咤i鋼中碳原子的再分布,使其在變形之后的分布更加均勻。并且,納米高錳鋼中析出的碳化物尺寸在100 nm以下,呈粒狀的彌散分布,對組織具有一定的強化作用。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

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