耐热马氏体不锈钢ЭП866激光冲击强化组织与性能研究

发布时间：2017-08-13 23:01

  本文关键词：耐热马氏体不锈钢ЭП866激光冲击强化组织与性能研究

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【摘要】：马氏体不锈钢的力学性能可以通过热处理来调整,这类钢的综合性能较好,在航空、航天等领域有着广泛的应用前景,但恶劣的工作环境对马氏体不锈钢的表面性能提出了更高的要求。因此,采用激光冲击强化(LSP)和激光冲击温强化(WLSP)技术提高马氏体不锈钢表面性能具有重要的现实意义。本文以航空材料耐热马氏体不锈钢ЭП866为研究对象,对其进行WLSP和不同次数的LSP处理,以期改善马氏体不锈钢靶材的表面微观结构和残余应力分布,从而提高其表面性能。对LSP和WLSP后的马氏体不锈钢靶材的残余应力、显微硬度和组织结构等进行了分析与数值模拟,结果表明:WLSP后马氏体不锈钢表面形成了高幅值的残余压应力,相比于室温LSP,只有250℃和300℃条件下的WLSP才诱导了更高幅值的残余压应力,硬度测试结果与残余应力的测试结果有着相同的变化趋势。对于不同次数的LSP:随着冲击次数的增加,靶材表面粗糙度增加,但当冲击次数超过3次时,表面粗糙度基本不再改变;多次激光冲击在靶材表面引入了更高幅值的残余压应力,光斑搭接处的残余压应力的分布更加均匀化;冲击次数的增加对表面硬度的影响并不明显,但能够增加硬化层的深度;处于高幅值残余应力的区域并不稳定,热处理后将大幅度的释放,但依然能保留较大的数值。显微组织分析表明,LSP后不锈钢冲击区内部出现高密度的缠结位错;另外,250℃下的WLSP,位错大量增殖缠结,形成位错芯,位错芯被认为是析出相的有利形核点,而且,动态应变时效和热辅助的动态析出诱导了比LSP和150℃WLSP后更大尺寸的析出相和更加缠结的位错结构,析出相与位错相互作用形成稳定的“柯氏气团”,柯氏气团对可动位错的钉扎作用使得微观结构变得更加稳固,表现为力学性能和疲劳寿命的提高。多次激光冲击可以诱导更高密度的位错与析出相,位错结构更加缠结,高密度的位错堆积在马氏体板条处形成板条状的位错边界,这种位错结构在500℃、1h的高温热处理后仍具有较高的密度和较为缠结的组织结构,说明具有较好的热稳定性。此外,对多次冲击试样的残余应力进行了数值模拟,模拟结果表明:激光冲击在材料表面引入了高幅值的残余压应力,在次表层引入了残余拉应力,在材料背面引入了残余压应力;随着冲击次数的增加,残余压应力的幅值也会增加。模拟结果与实验结果能够较好的吻合。
【关键词】：耐热马氏体不锈钢 激光冲击温强化 微观组织 残余应力 数值模拟
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71;TG665
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 不锈钢11
• 1.2 马氏体不锈钢的特性11
• 1.3 耐热马氏体不锈钢及其应用11-12
• 1.4 耐热马氏体不锈钢应用中的问题12-13
• 1.5 激光冲击强化技术研究现状13-17
• 1.5.1 国外研究概况14-16
• 1.5.2 国内发展现状16-17
• 1.6 激光冲击温强化理论分析17-18
• 1.6.1 激光冲击温强化过程17-18
• 1.6.2 激光冲击温强化原理18
• 1.7 数值模拟技术及其研究现状18-19
• 1.7.1 有限元法及其求解步骤18-19
• 1.7.2 有限元数值模拟在激光冲击处理方面的应用19
• 1.8 本课题研究目的、意义及内容19-21
• 第二章 实验材料及测试方法21-30
• 2.1 实验材料及试样制备21-26
• 2.1.1 实验材料21-22
• 2.1.2 吸收层和约束层材料22-23
• 2.1.3 实验技术路线23
• 2.1.4 试样制备23-24
• 2.1.5 激光冲击强化实验方案24-26
• 2.2 实验设备及方法26-29
• 2.2.1 激光冲击强化实验设备26-27
• 2.2.2 分析与测试27-29
• 2.2.3 组织分析方法29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 耐热马氏体不锈钢激光冲击温强化组织性能研究30-42
• 3.1 引言30
• 3.2 激光冲击温强化表面性能分析30-35
• 3.2.1 表面残余应力30-33
• 3.2.2 显微硬度33-34
• 3.2.3 XRD物相分析34-35
• 3.3 耐热马氏体不锈钢 ЭП866激光冲击温强化TEM结构分析35-37
• 3.4 分析与讨论37-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 马氏体不锈钢 ЭП866多次激光冲击表层残余应力与组织性能研究42-64
• 4.1 引言42-43
• 4.2 多次激光冲击强化表面形貌分析43-46
• 4.2.1 表面微区形貌43-44
• 4.2.2 表面粗糙度44-46
• 4.3 多次激光冲击强化表面性能分析46-49
• 4.3.1 表面残余应力46-48
• 4.3.2 显微硬度48-49
• 4.4 XRD物相分析49-50
• 4.5 热处理对多次激光冲击马氏体不锈钢 ЭП866性能的影响50-52
• 4.5.1 表面残余应力50-52
• 4.5.2 XRD物相分析52
• 4.6 耐热马氏体不锈钢 ЭП866多次激光冲击强化TEM结构分析52-56
• 4.7 多次激光冲击马氏体不锈钢表层残余应力场有限元模拟与分析56-62
• 4.7.1 材料的本构模型56-57
• 4.7.2 网格划分57-58
• 4.7.3 边界定义和冲击波的加载58-59
• 4.7.4 分析步的选择59-60
• 4.7.5 模拟结果与分析60-62
• 4.8 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73

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本文编号：669425