低碳钢搅拌摩擦加工表面改性研究

发布时间：2017-12-14 07:02

  本文关键词：低碳钢搅拌摩擦加工表面改性研究

  更多相关文章： 搅拌摩擦加工 低碳钢 微观组织 力学性能 腐蚀性能

【摘要】：搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP)是一种新型的强塑性变形技术,可作为钢铁材料表面改性的有效手段。本文分别采用FSP和水下搅拌摩擦加工(Submerged Friction Stir Processing,SFSP)技术对低碳钢Q235进行了表面改性,利用OM、SEM、TEM等分析方法对改性层进行了微观组织表征。通过显微硬度测试、室温拉伸实验、电化学腐蚀实验、中性盐雾腐蚀实验以及腐蚀形貌观察,评价了改性层的力学性能和腐蚀性能。通过上述研究,建立了微观组织与力学性能及腐蚀行为的关联性,评价了FSP和SFSP对低碳钢组织性能的影响。本文取得的主要研究结果有:当搅拌头前进速度为60 mm/min,旋转速度为475~950 r/min时,FSP和SFSP均可获得成型性良好的加工表面。转速对改性层微观组织影响显著:475 r/min加工时主要发生了铁素体的动态再结晶和碳化物的破碎,铁素体晶粒和碳化物颗粒明显细化;600 r/min加工时,加工区温度位于两相区,不完全相变促使加工区形成了细小的铁素体和珠光体组织;750 r/min加工时加工区温度达到奥氏体区,最终形成了晶界铁素体、片层铁素体、铁素体和碳化物混合体的复合组织;950 r/min加工时的热输入量相对较大,使加工区组织发生轻微粗化。在相同加工参数条件下,与FSP相比,SFSP获得的组织细化效果更加显著。与母材相比,FSP和SFSP后低碳钢表层的硬度和拉伸性能均显著提高。相同加工参数下SFSP相比FSP获得的力学性能更加优异。细晶强化、弥散强化、位错强化是力学性能提高的主要原因。当转速为750 r/min、加工速度为60 mm/min,SFSP低碳钢具有最优的强塑性综合性能,材料的硬度、抗拉强度和延伸率分别为167.5 HV,638.2 MPa和45.2%,分别达到母材的125.4%,135.3%和87.9%。SFSP使低碳钢试样在3.5 wt.%NaC l溶液中发生电化学腐蚀时的电荷转移电阻Rct增加,降低了腐蚀电流密度和腐蚀速率,其中750-SFSP试样的Rct值最高,腐蚀速率降低最为显著,达到0.141 mm·a-1,仅有母材的38.4%。在中性盐雾环境下,低碳钢主要发生点蚀,腐蚀程度随时间延长逐渐加剧,腐蚀后期表面发生剥落。腐蚀锈层均由Fe3O4,α-FeOOH,γ-FeOOH和β-FeOOH组成,其中γ-FeOOH含量较高,锈层对基体无明显保护作用。750-SFSP试样的腐蚀锈层相比母材较为致密,腐蚀程度较轻。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG178

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本文编号：1286960