梯度纳米纯钛的表面完整性及力学性能研究

发布时间：2017-11-01 11:31

  本文关键词：梯度纳米纯钛的表面完整性及力学性能研究

  更多相关文章： 工业纯钛 超声喷丸 梯度纳米 表面完整性 力学性能 疲劳性能

【摘要】：工业的快速发展对材料的表面性能的要求也越来越高,材料的失效破坏大多发生在表面。为了提高材料的服役寿命,表面强化技术得到了广泛的应用。通过强烈塑性变形的方式材料表面可以获得取向随机的纳米晶,同时晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度结构。这种梯度纳米结构可以显著提高材料的整体性能和服役寿命。作为一种绿色、高效的表面处理工艺,超声喷丸处理能够以较高的应变速率在金属构件表面产生剧烈的塑性变形,从而获得理想的表面性能。本文重点研究了超声喷丸表面处理方式对工业纯钛表面完整性和对力学性能的改善。得出了以下结论：(1)通过金相实验、透射电子显微镜等测试方法研究经超声喷丸处理的工业纯钛梯度表层的显微结构。研究发现,超声喷丸处理将材料表面大体分成了三个区域：剧烈塑性变形区、过渡孪晶区和基体。随着静压力和处理次数的增加,变形层的厚度也在增加。通过对不同深度位置的透射电镜观察发现,晶粒细化是机械孪生、位错滑移等多种方式共同作用的结果。(2)经过超声喷丸处理后表面粗糙度得到明显改善。由于晶粒细化、应变硬化等原因,梯度层硬度值明显提高,形成残余压应力场。在400℃下保温1个小时,梯度层晶粒首先开始异常长大。(3)通过纳米压痕和单轴拉伸的方式获取超声喷丸处理后样品的微观和宏观力学性能。经过处理后,梯度层弹性模量略有降低,纳米硬度和屈服强度提升明显。通过单轴拉伸实验研究表明经过超声喷丸处理后屈服强度提高,韧性下降,但韧性也在30%以上,具有良好的强度-塑性匹配。(4)拉-压疲劳试验实验表明超声喷丸处理可以有效地阻止裂纹在表面萌生,提高了疲劳寿命。热处理后试样的疲劳寿命进一步提高。
【关键词】：工业纯钛 超声喷丸 梯度纳米 表面完整性 力学性能 疲劳性能
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23;TG668
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 表面纳米化技术的研究现状9-14
• 1.3 表面纳米化对材料力学性能影响的研究现状14-16
• 1.4 表面纳米化对材料疲劳影响的研究现状16-20
• 1.5 本文研究的内容与意义20-22
• 第二章 实验材料与方法22-30
• 2.1 实验材料22
• 2.2 实验方法22-28
• 2.2.1 超声喷丸设备及加工方法22-24
• 2.2.2 表面完整性测试方法24-27
• 2.2.3 力学性能测试方法27-28
• 2.3 疲劳性能测试28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 梯度纳米纯钛的表面完整性研究30-42
• 3.1 超声喷丸对纯钛组织形貌的影响30-32
• 3.1.1 不同静压力对组织形貌的影响30-31
• 3.1.2 不同加工次数对组织形貌的影响31-32
• 3.2 梯度纳米表层的透射电镜研究32-36
• 3.3 X射线衍射分析36-37
• 3.4 超声喷丸处理对硬度的影响37
• 3.5 超声喷丸处理对表面粗糙度的影响37-38
• 3.6 超声喷丸处理对残余应力的影响38-39
• 3.7 梯度纳米结构的热稳定性39-41
• 3.8 本章小结41-42
• 第四章 梯度纳米纯钛的力学性能42-53
• 4.1 纳米压痕测试分析表面强化层的力学性能42-49
• 4.1.1 纳米压痕载荷-位移曲线42-44
• 4.1.2 用纳米压痕法测量材料的弹性模量与硬度44-45
• 4.1.3 应力应变关系45-49
• 4.2 纳米压痕试验结果分析49-51
• 4.3 超声喷丸处理对拉伸性能的影响51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 梯度纳米纯钛的疲劳性能53-58
• 5.1 超声喷丸处理对疲劳性能的影响53-54
• 5.2 疲劳断口分析54-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 研究总结58-59
• 6.2 研究展望59-60
• 参考文献60-67
• 致谢67

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