超声冲击对304不锈钢堆焊层组织及性能的影响

发布时间：2017-07-04 11:08

  本文关键词：超声冲击对304不锈钢堆焊层组织及性能的影响

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【摘要】：材料的表面状态通常是影响其使用寿命的关键因素,性能较差或者存在缺陷的材料表面会造成许多机械零部件的提前报废,因此材料表面强化技术越来越受到人们重视。核电设备常年在高压、高温、辐照等恶劣条件下不间歇地运行,要保证核电装备零部件高效、安全的超长使役寿命,对材料表面的耐磨、耐蚀、抗疲劳性能有更加严格的要求,因此在核电领域中表面强化技术更是被提到极其重要的地位。在核电设备的生产制造过程中,堆焊是最常用的表面强化手段。然而堆焊层毕竟是焊接组织,其组织性能极不均匀,尤其是堆焊层中无法避免的残余拉应力极大地影响了堆焊件的质量和核电设备的使用寿命。如何应用有效手段,达到改善堆焊层材料表面组织结构,提高材料表面性能,延长核电设备安全使役寿命的目的,一直是核电技术研究领域的重要课题。超声冲击作为一种新型的表面塑性变形强化技术,已被广泛应用于改善焊缝组织、消除焊接应力等方面。但是将超声冲击技术应用于堆焊层的组织性能改善,目前几乎没有先例。本研究以核电装备最常用的304堆焊层为研究对象,以超声冲击工艺为技术手段,研究超声冲击处理对不锈钢堆焊层的表面状态、金相组织、微观偏析的影响,进而考察超声冲击处理对堆焊层的显微硬度、残余应力、耐磨抗蚀性能等的影响。实验结果表明：超声冲击前,经铣削加工的堆焊层粗糙度Ra值为0.393,经超声冲击处理后,堆焊层表面粗糙度Ra值为0.357,基本保持了铣削加工表面的粗糙度,而且略有降低,表明超声冲击能够使加工表面达到精车至磨削的水平。同时经过超声冲击,改变了堆焊层具有择优取向的凝固组织,由原来取向排列的柱状晶变为等轴晶,且晶粒也得到细化,表层晶粒的内部出现大量孪晶和亚晶界；此外,超声冲击诱发了相变,经过超声冲击的堆焊层中有大量形变诱发马氏体生成,马氏体含量最高可达99.1%。经过冲击处理后,304不锈钢堆焊层硬度明显提高,堆焊层的硬度最高可达370HVN,相对于原始状态的堆焊层,其硬度值最高提高了1.4倍,随着深度的增加堆焊层硬度逐渐减小,当深度超过800μ m后,两种状态的堆焊层硬度值趋于一致；经过超声冲击处理后,堆焊层中原来的残余拉应力被消除,进而引入了有益残余压应力,最大残余压应力可达-753MPa,堆焊层内的残余压应力随着深度层的增大而逐渐减小,深度在800 u m以内,均有残余压应力存在。超声冲击处理后,堆焊层的耐磨性能得到改善,摩擦系数由原始试样的0.7下降到0.6,磨痕深度由6μ m左右减小到5μ m左右;超声冲击处理对堆焊层在硼酸水溶液中的耐蚀性影响不大。
【关键词】：堆焊 超声冲击 表面形变强化 304不锈钢 残余应力
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623.4;TG455;TG663
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 表面堆焊9-11
• 1.1.1 表面堆焊的原理9-10
• 1.1.2 表面堆焊的应用10
• 1.1.3 表面堆焊的优缺点10-11
• 1.2 表面形变强化11-13
• 1.2.1 喷丸强化工艺11-12
• 1.2.2 滚压强化工艺12-13
• 1.2.3 孔挤压强化工艺13
• 1.3 超声冲击强化技术13-19
• 1.3.1 超声冲击强化技术工作原理13-14
• 1.3.2 超声冲击强化技术的发展14-15
• 1.3.3 超声冲击强化技术特点15-16
• 1.3.4 超声冲击强化技术的应用16-19
• 1.4 本文主要内容和研究意义19-20
• 2 实验材料、设备及实验方法20-29
• 2.1 实验材料20
• 2.2 实验设备20-23
• 2.2.1 超声冲击实验设备20-22
• 2.2.2 其它实验检测设备22-23
• 2.3 实验方法23-28
• 2.3.1 手工电弧堆焊方法23
• 2.3.2 超声冲击处理方法23-24
• 2.3.3 堆焊层性能检测24-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 实验结果及分析29-47
• 3.1 堆焊层表面宏观形貌观察及表面粗糙度分析29-32
• 3.1.1 表面宏观形貌观察29-30
• 3.1.2 表面粗糙度分析30-32
• 3.2 堆焊层表面微观形貌观察、成分及物相分析32-38
• 3.2.1 堆焊层表面微观形貌观察32-34
• 3.2.2 堆焊层化学成分分析34-36
• 3.2.3 堆焊层表层物相分析36-38
• 3.3 堆焊层表层性能测试与分析38-45
• 3.3.1 堆焊层表层显微硬度测试与分析38-39
• 3.3.2 摩擦磨损性能测试结果及分析39-42
• 3.3.3 堆焊层表面腐蚀性能分析42-43
• 3.3.4 堆焊层中残余应力状态分析43-45
• 3.4 本章小结45-47
• 结论47-49
• 参考文献49-52
• 致谢52-53

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本文编号：517516