纳米梯度结构18CrNiMo7-6齿轮钢的制备、组织与力学性能
发布时间：2021-10-07 18:54
如何同时提高材料的强度和塑性一直是材料科学领域的难题,均匀纳米结构赋予了材料极高的强度,但是会使材料的塑性急剧降低。纳米梯度结构材料通过对结构单元尺寸的多级构筑,有效抑制了均匀纳米材料在变形过程中的应变局域化从而使得材料在拥有高强度的同时具备较好的塑性变形能力。表面机械研磨、表面机械碾压等技术已被报道在多种金属表面成功地制备出梯度结构,但是由于处理效率低等原因难以在工业中大规模推广。本文选用典型的齿轮用钢18CrNiMo7-6为研究材料,经正火后高温回火处理和淬火后低温回火处理得到两种不同的初始组织状态,采用一种新的高能喷丸技术——旋转加速喷丸技术（Rotationally Accelerated Shot Peening,RASP）对这两种不同热处理状态的样品做表面纳米化处理,利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射技术（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）等对钢材的表面缺陷萌生、晶粒尺寸及取向等进行了系统地表征;利用显微硬度计、拉伸试验机对材料的力学性能做了测试,最后得出以下主要结果:（1）旋转加速喷丸技术能够在正火后高温回火的18CrNiMo7-6钢的表面...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同文献中报道的纯Cu样品晶粒尺寸与屈服强度关系
图 1.1 不同文献中报道的纯 Cu 样品晶粒尺寸与屈服强度关系[9]Fig. 1.1 Compiled yield stress versus grain size plot for Cu from various sources ranging from coarse tonanograin sizes[9]材料研究者对于反 H-P 关系的现象从未中断过研究，只是对于现象产生的原因仍然没有得到完全一致的看法，不过普遍认为与纳米材料的变形机制有关。Schiotz[10,11]等人通过分子动力学模拟对 Cu 的反 H-P 现象进行了系统性的研究，他们发现纳米 Cu 的强度在晶粒尺寸为 10 - 15 nm 时达到最大值，也就是说，当 d > 10 - 15 nm 时，k > 0；当 d< 10 - 15 nm 时，k < 0，他们认为 k < 0 是因为变形机制发生了变化，由原先位错主导的塑性变形转变为晶界滑移。
度降低到零下 190 ℃以排除热效应的影响之后，依旧观察到相同中的晶界在外力下发生迁移、合并，导致晶粒发生长大。 等[14]利用电沉积的方法，制备出了晶粒大小从 3.4 nm 到 30 nm样品，他们发现当晶粒尺寸小于 10 nm 时，材料会发生软化，即，他们又进行了一定温度的退火处理，使得 Mo 原子在晶界上的度明显提高，最高达到了 11.65 GPa。这一实验现象表明，对于构材料，可以通过调控其晶界稳定性来大幅度地调节其硬度值，除了受晶粒大小的影响，还受晶界稳定性的影响。他们认为普通生软化行为，是因为晶界受机械驱动而发生迁移导致的；退火态会升高，是由于 Ni-Mo 样品在退火过程中晶界发生弛豫，同时大聚，降低了晶界能，提高了晶界的稳定性，从而减少了晶界行为不全位错的形核和运动来进行，而又因为位错形核动力与晶粒尺尺寸越小，位错形核动力越高，所以样品的硬度才会随晶粒尺寸。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gradient Structured Copper by Rotationally Accelerated Shot Peening[J]. X.Wang,Y.S.Li,Q.Zhang,Y.H.Zhao,Y.T.Zhu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[2]表面机械研磨对Mg-3Al-1Zn合金组织和性能的影响[J]. 宦小玉,沈宝国. 铸造技术. 2017(04)
[3]7050铝合金表面喷丸强化层内纳米结构微观组织结构分析[J]. 宋颖刚,王欣,王强. 电子显微学报. 2015(01)
[4]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯. 金属学报. 2015(01)
[5]纳米结构金属材料的塑性变形制备技术[J]. 陶乃镕,卢柯. 金属学报. 2014(02)
[6]渗碳淬火18CrNiMo7-6钢的表面喷丸强化及表征[J]. 戴如勇,于中奇,刘忠伟,唐亮,詹科,姜传海. 机械工程材料. 2013(05)
[7]表面机械研磨处理工业纯锆的组织和拉伸性能研究[J]. 张聪惠,于飞,王耀勉,何晓梅. 稀有金属. 2013(01)
[8]Surface nanocrystallization in AISI 52100 steel induced by surface mechanical grinding treatment（SMGT）[J]. FANG Tiehui,TAO Nairong and LU Ke Shenyang National Laboratory for Materials Science,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China. Baosteel Technical Research. 2010(S1)
[9]高能喷丸法实现工业纯铁表面自纳米化[J]. 孙建春,盛光敏,王越田,卢昊,韩靖. 金属热处理. 2010(05)
[10]纳米结构材料[J]. 朱建军,林西平,都有为,蒋建中. 自然杂志. 1999(06)
博士论文
[1]高强度汽车板相变诱发塑性本构模型及硬化特性研究[D]. 但文蛟.上海交通大学 2008
本文编号：3422591
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同文献中报道的纯Cu样品晶粒尺寸与屈服强度关系
图 1.1 不同文献中报道的纯 Cu 样品晶粒尺寸与屈服强度关系[9]Fig. 1.1 Compiled yield stress versus grain size plot for Cu from various sources ranging from coarse tonanograin sizes[9]材料研究者对于反 H-P 关系的现象从未中断过研究，只是对于现象产生的原因仍然没有得到完全一致的看法，不过普遍认为与纳米材料的变形机制有关。Schiotz[10,11]等人通过分子动力学模拟对 Cu 的反 H-P 现象进行了系统性的研究，他们发现纳米 Cu 的强度在晶粒尺寸为 10 - 15 nm 时达到最大值，也就是说，当 d > 10 - 15 nm 时，k > 0；当 d< 10 - 15 nm 时，k < 0，他们认为 k < 0 是因为变形机制发生了变化，由原先位错主导的塑性变形转变为晶界滑移。
度降低到零下 190 ℃以排除热效应的影响之后，依旧观察到相同中的晶界在外力下发生迁移、合并，导致晶粒发生长大。 等[14]利用电沉积的方法，制备出了晶粒大小从 3.4 nm 到 30 nm样品，他们发现当晶粒尺寸小于 10 nm 时，材料会发生软化，即，他们又进行了一定温度的退火处理，使得 Mo 原子在晶界上的度明显提高，最高达到了 11.65 GPa。这一实验现象表明，对于构材料，可以通过调控其晶界稳定性来大幅度地调节其硬度值，除了受晶粒大小的影响，还受晶界稳定性的影响。他们认为普通生软化行为，是因为晶界受机械驱动而发生迁移导致的；退火态会升高，是由于 Ni-Mo 样品在退火过程中晶界发生弛豫，同时大聚，降低了晶界能，提高了晶界的稳定性，从而减少了晶界行为不全位错的形核和运动来进行，而又因为位错形核动力与晶粒尺尺寸越小，位错形核动力越高，所以样品的硬度才会随晶粒尺寸。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Gradient Structured Copper by Rotationally Accelerated Shot Peening[J]. X.Wang,Y.S.Li,Q.Zhang,Y.H.Zhao,Y.T.Zhu. Journal of Materials Science & Technology. 2017(07)
[2]表面机械研磨对Mg-3Al-1Zn合金组织和性能的影响[J]. 宦小玉,沈宝国. 铸造技术. 2017(04)
[3]7050铝合金表面喷丸强化层内纳米结构微观组织结构分析[J]. 宋颖刚,王欣,王强. 电子显微学报. 2015(01)
[4]梯度纳米结构材料[J]. 卢柯. 金属学报. 2015(01)
[5]纳米结构金属材料的塑性变形制备技术[J]. 陶乃镕,卢柯. 金属学报. 2014(02)
[6]渗碳淬火18CrNiMo7-6钢的表面喷丸强化及表征[J]. 戴如勇,于中奇,刘忠伟,唐亮,詹科,姜传海. 机械工程材料. 2013(05)
[7]表面机械研磨处理工业纯锆的组织和拉伸性能研究[J]. 张聪惠,于飞,王耀勉,何晓梅. 稀有金属. 2013(01)
[8]Surface nanocrystallization in AISI 52100 steel induced by surface mechanical grinding treatment（SMGT）[J]. FANG Tiehui,TAO Nairong and LU Ke Shenyang National Laboratory for Materials Science,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China. Baosteel Technical Research. 2010(S1)
[9]高能喷丸法实现工业纯铁表面自纳米化[J]. 孙建春,盛光敏,王越田,卢昊,韩靖. 金属热处理. 2010(05)
[10]纳米结构材料[J]. 朱建军,林西平,都有为,蒋建中. 自然杂志. 1999(06)
博士论文
[1]高强度汽车板相变诱发塑性本构模型及硬化特性研究[D]. 但文蛟.上海交通大学 2008
本文编号：3422591
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