应变幅对含变质层的316不锈钢低周疲劳性能的影响
发布时间：2022-01-06 14:52
316不锈钢具有高强度、高韧性、耐高温、耐腐蚀等优良的性能,广泛应用于各种复杂工况中,尤其应用于承受循环载荷的环境中。工程材料经过喷丸强化处理后,在表面形成一定厚度的变质层,表面变质层的存在有利于抑制疲劳裂纹萌生、阻止裂纹扩展,对于提高材料疲劳性能、疲劳寿命有着非常重要的意义。本文对喷丸后的316不锈钢进行应变控制下的低周疲劳试验,应变比为Rε=0.1,加载频率为0.1 Hz,在0.3%、0.4%、0.5%三种总应变幅下进行低周疲劳试验,研究变质层、总应变幅对低周疲劳性能、疲劳寿命影响规律。本课题主要研究结果如下:（1）喷丸强化后,循环应力幅增大,塑性应变、循环硬化指数均减小;随着总应变幅的增大,循环应力幅、循环硬化指数、塑性应变幅均增大,并且具有相似的变化趋势,在较大的总应变幅下,喷丸试样出现二次硬化现象。（2）在较小的总应变幅下,喷丸强化处理能够提高316不锈钢的低周疲劳寿命,在较大的总应变幅下,由于存在延性耗竭以及残余应力释放,喷丸试样疲劳寿命低于未喷丸试样疲劳寿命;应变幅与低周疲劳寿命存在指数关系,根据所得数据,拟合出Coffin-Manson公式。通过课...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面机械滚压处理后的表面变质层（SMRT）
喷丸强化指利用高速运动的弹丸撞击材料表面，材料表层发生严重的塑性变形，并留下诸多的撞击坑。喷丸强化一般分为残余应力强化、组织强化两类。图 1.3 所示为单个弹丸撞击到材料表面引起的残余应力及组织结构变化示意图[25]。图 1.3（a）为喷丸形变层内残余压应力场，从图中可以看出喷丸后靠近材料表面处为残余压应力，而远离材料表面则为残余拉应力，这对于提高材料疲劳寿命是非常有利的。图 1.3（b）为喷丸形变层的组织结构变化示意图，从图中可以看出喷丸后材料表层晶粒内出现了大量的位错，使得位错密度得到很大提高，同时在亚表层内的晶粒内部出现了许多亚晶界。对于低周疲劳，较高的位错密度有利于抑制疲劳裂纹的萌生，喷丸产生的残余压应力能够在疲劳裂纹萌生前相当长的时间内起到降低交变载荷中拉应力水平的作用，并且能够抑制裂纹的扩展。因此，喷丸强化引入的变质层能够有利于提高材料的疲劳性能、疲劳寿命。此外，喷丸强化后，可能发生相变，如奥氏体钢喷丸后可能会产生马氏体相变，织构变化，晶体取向发生变化，表面粗糙度变化等。一般喷丸后材料表面粗糙度都会增大，这对于材料的疲劳性能、疲劳寿命是非常不利的，需要综合考虑，以期达到最佳的强化效果。
2 试验材料及方法验材料及方法试验材料课题所用的材料为 AISI316 奥氏体不锈钢，具有面心立方结构，其量（以质量分数计）如表 2.1 所示，其腐蚀后的微观结构如图 2计算其平均晶粒尺寸为 15 μm。表 2.1 AISI316 不锈钢组成元素及含量（wt-%）Si Mn S P Cr Ni Cu N Mo 0.520 1.140 0.001 0.028 16.510 10.160 0.070 0.050 2.050
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面强化技术在金属材料中的研究现状[J]. 李保军,伍玉娇,龙琼,龙绍雷. 热加工工艺. 2019(06)
[2]三维表面粗糙度测量方法综述[J]. 何宝凤,丁思源,魏翠娥,刘柄显,石照耀. 光学精密工程. 2019(01)
[3]超声滚压中颤振对零件表面质量的影响[J]. 杨健坤,孟繁萃,赵洪博,张明. 机械与电子. 2018(09)
[4]316不锈钢电解抛光最佳参数试验研究[J]. 刘坤坤,孙伶俐,何声馨,张二亮. 表面技术. 2018(08)
[5]喷丸时间对GH4169合金表层组织及性能的影响[J]. 郭胜华,郑海忠,程世平,舒小勇,李贵发. 特种铸造及有色合金. 2018(07)
[6]7050铝合金二维超声滚压加工表面完整性综合评价[J]. 郑建新,任元超. 中国机械工程. 2018(13)
[7]喷丸表面的最佳粗糙度参数与材料硬度的关系[J]. 何声馨,刘坤坤,王锐,张二亮,李延民. 郑州大学学报(工学版). 2019(01)
[8]喷丸对2024铝合金试样表面质量及疲劳拉伸性能的影响[J]. 王帅,王建明,董国振. 材料保护. 2018(02)
[9]表面机械滚压对Zr-4合金组织和力学性能的影响[J]. 辛超,徐巍,孙巧艳,肖林,孙军. 稀有金属材料与工程. 2017(07)
[10]国产316LN不锈钢的室温低周疲劳行为研究[J]. 钟巍华,鱼滨涛,佟振峰,宁广胜. 热加工工艺. 2017(08)
博士论文
[1]超声滚压对Ti-6Al-4V合金高低周疲劳性能影响研究[D]. 毛淼东.华东理工大学 2018
[2]高锰奥氏体TWIP钢的循环变形及疲劳裂纹扩展行为研究[D]. 马鹏辉.燕山大学 2016
[3]S32205双相不锈钢喷丸强化及其组织结构XRD研究[D]. 冯强.上海交通大学 2014
[4]S30432奥氏体不锈钢喷丸强化及其表征研究[D]. 詹科.上海交通大学 2013
[5]激光冲击不锈钢抗腐蚀性能及微观强化机理研究[D]. 罗开玉.江苏大学 2012
[6]42CrMo钢疲劳可靠性分析与裂纹萌生微观机理研究[D]. 徐楠.山东大学 2006
硕士论文
[1]拉伸应变速率对316不锈钢微观组织演变及力学性能的影响[D]. 孙伶俐.郑州大学 2018
[2]两种纯水射流对18CrNiMo7-6表层强化的试验研究[D]. 邓重启.郑州大学 2018
[3]混合水射流冲击强化不同几何特征表面的研究[D]. 张远西.郑州大学 2018
[4]自升式钻井平台悬臂梁疲劳强度研究[D]. 裴满意.江苏科技大学 2017
[5]激光喷丸强化316L不锈钢抗氢脆性能研究[D]. 郑阳.江苏大学 2016
[6]空化水射流喷丸316不锈钢的试验研究与有限元模拟[D]. 雷晓.中国矿业大学 2014
[7]不同退火温度和应变速率对Fe-20Mn-0.6C TWIP钢拉伸性能的影响[D]. 陈盛良.东北大学 2013
[8]蒸压釜局部结构的有限元分析及结构优化[D]. 魏雨婷.武汉工程大学 2013
[9]硼酸镁晶须增强AZ91D镁基复合材料中残余应力的拉曼光谱表征[D]. 胡业勤.成都理工大学 2010
[10]几种金属材料破坏机理与断裂形式的研究[D]. 洪礼卫.江南大学 2008
本文编号：3572655
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
表面机械滚压处理后的表面变质层（SMRT）
喷丸强化指利用高速运动的弹丸撞击材料表面，材料表层发生严重的塑性变形，并留下诸多的撞击坑。喷丸强化一般分为残余应力强化、组织强化两类。图 1.3 所示为单个弹丸撞击到材料表面引起的残余应力及组织结构变化示意图[25]。图 1.3（a）为喷丸形变层内残余压应力场，从图中可以看出喷丸后靠近材料表面处为残余压应力，而远离材料表面则为残余拉应力，这对于提高材料疲劳寿命是非常有利的。图 1.3（b）为喷丸形变层的组织结构变化示意图，从图中可以看出喷丸后材料表层晶粒内出现了大量的位错，使得位错密度得到很大提高，同时在亚表层内的晶粒内部出现了许多亚晶界。对于低周疲劳，较高的位错密度有利于抑制疲劳裂纹的萌生，喷丸产生的残余压应力能够在疲劳裂纹萌生前相当长的时间内起到降低交变载荷中拉应力水平的作用，并且能够抑制裂纹的扩展。因此，喷丸强化引入的变质层能够有利于提高材料的疲劳性能、疲劳寿命。此外，喷丸强化后，可能发生相变，如奥氏体钢喷丸后可能会产生马氏体相变，织构变化，晶体取向发生变化，表面粗糙度变化等。一般喷丸后材料表面粗糙度都会增大，这对于材料的疲劳性能、疲劳寿命是非常不利的，需要综合考虑，以期达到最佳的强化效果。
2 试验材料及方法验材料及方法试验材料课题所用的材料为 AISI316 奥氏体不锈钢，具有面心立方结构，其量（以质量分数计）如表 2.1 所示，其腐蚀后的微观结构如图 2计算其平均晶粒尺寸为 15 μm。表 2.1 AISI316 不锈钢组成元素及含量（wt-%）Si Mn S P Cr Ni Cu N Mo 0.520 1.140 0.001 0.028 16.510 10.160 0.070 0.050 2.050
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面强化技术在金属材料中的研究现状[J]. 李保军,伍玉娇,龙琼,龙绍雷. 热加工工艺. 2019(06)
[2]三维表面粗糙度测量方法综述[J]. 何宝凤,丁思源,魏翠娥,刘柄显,石照耀. 光学精密工程. 2019(01)
[3]超声滚压中颤振对零件表面质量的影响[J]. 杨健坤,孟繁萃,赵洪博,张明. 机械与电子. 2018(09)
[4]316不锈钢电解抛光最佳参数试验研究[J]. 刘坤坤,孙伶俐,何声馨,张二亮. 表面技术. 2018(08)
[5]喷丸时间对GH4169合金表层组织及性能的影响[J]. 郭胜华,郑海忠,程世平,舒小勇,李贵发. 特种铸造及有色合金. 2018(07)
[6]7050铝合金二维超声滚压加工表面完整性综合评价[J]. 郑建新,任元超. 中国机械工程. 2018(13)
[7]喷丸表面的最佳粗糙度参数与材料硬度的关系[J]. 何声馨,刘坤坤,王锐,张二亮,李延民. 郑州大学学报(工学版). 2019(01)
[8]喷丸对2024铝合金试样表面质量及疲劳拉伸性能的影响[J]. 王帅,王建明,董国振. 材料保护. 2018(02)
[9]表面机械滚压对Zr-4合金组织和力学性能的影响[J]. 辛超,徐巍,孙巧艳,肖林,孙军. 稀有金属材料与工程. 2017(07)
[10]国产316LN不锈钢的室温低周疲劳行为研究[J]. 钟巍华,鱼滨涛,佟振峰,宁广胜. 热加工工艺. 2017(08)
博士论文
[1]超声滚压对Ti-6Al-4V合金高低周疲劳性能影响研究[D]. 毛淼东.华东理工大学 2018
[2]高锰奥氏体TWIP钢的循环变形及疲劳裂纹扩展行为研究[D]. 马鹏辉.燕山大学 2016
[3]S32205双相不锈钢喷丸强化及其组织结构XRD研究[D]. 冯强.上海交通大学 2014
[4]S30432奥氏体不锈钢喷丸强化及其表征研究[D]. 詹科.上海交通大学 2013
[5]激光冲击不锈钢抗腐蚀性能及微观强化机理研究[D]. 罗开玉.江苏大学 2012
[6]42CrMo钢疲劳可靠性分析与裂纹萌生微观机理研究[D]. 徐楠.山东大学 2006
硕士论文
[1]拉伸应变速率对316不锈钢微观组织演变及力学性能的影响[D]. 孙伶俐.郑州大学 2018
[2]两种纯水射流对18CrNiMo7-6表层强化的试验研究[D]. 邓重启.郑州大学 2018
[3]混合水射流冲击强化不同几何特征表面的研究[D]. 张远西.郑州大学 2018
[4]自升式钻井平台悬臂梁疲劳强度研究[D]. 裴满意.江苏科技大学 2017
[5]激光喷丸强化316L不锈钢抗氢脆性能研究[D]. 郑阳.江苏大学 2016
[6]空化水射流喷丸316不锈钢的试验研究与有限元模拟[D]. 雷晓.中国矿业大学 2014
[7]不同退火温度和应变速率对Fe-20Mn-0.6C TWIP钢拉伸性能的影响[D]. 陈盛良.东北大学 2013
[8]蒸压釜局部结构的有限元分析及结构优化[D]. 魏雨婷.武汉工程大学 2013
[9]硼酸镁晶须增强AZ91D镁基复合材料中残余应力的拉曼光谱表征[D]. 胡业勤.成都理工大学 2010
[10]几种金属材料破坏机理与断裂形式的研究[D]. 洪礼卫.江南大学 2008
本文编号：3572655
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