喷丸强度对316不锈钢表面完整性及疲劳寿命的影响
发布时间：2021-10-23 17:16
目的阐明喷丸强度对316不锈钢疲劳寿命的影响机制。方法不同喷丸强度处理的316不锈钢试样经化学腐蚀后,利用光学显微镜观察其微观结构的变化。采用白光干涉仪、维氏显微硬度测量系统、X射线应力分析仪等,分析喷丸处理前后316不锈钢试样的表面轮廓、表面粗糙度、显微硬度以及残余应力等的变化。利用疲劳试验机测得喷丸处理前后316不锈钢试样的拉伸性能和疲劳寿命。结果喷丸处理后,试样表面粗糙度明显增加,随着喷丸强度的增大,表面粗糙度Sa由0.04μm增至6.73μm。此外,喷丸处理后,产生了从表层到材料基体的微结构梯度,随着喷丸强度的变化,表面变形层的厚度位于110～290μm之间。喷丸过程中产生了加工硬化现象,并且引入了一定深度的残余压应力层。随着喷丸强度的增大,喷丸处理试样显微硬度的最大值由356HV0.1增至435HV0.1,残余压应力的最大值由-633 MPa增至-750 MPa。与未喷丸试样相比,喷丸处理改善了材料的力学性能和疲劳特性,喷丸试样的塑性应变幅值降低,疲劳寿命明显增加。结论喷丸处理能够有效地改善316不锈钢的综合力...
【文章来源】：表面技术. 2020,49(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
疲劳试样外形尺寸图
不同喷丸强度下，316不锈钢的表面轮廓曲线如图2a所示。喷丸处理过程中，表面因丸粒撞击产生弹坑，发生塑性变形，表面轮廓曲线呈现上下波动的特点。表面粗糙度的变化如2b所示，其中Sa选定区域内各点高度绝对值的算术平均值[15]。由图2a可以看出，喷丸处理后，试样表面起伏程度明显增加。由于丸粒撞击试样表面的速度和能量随着喷丸强度的增大而增大，在总体趋势上，试样表面产生的弹坑尺寸也随之增大[16]。喷丸处理后，试样SP 2的表面起伏程度最小，并且弹坑底部较为平缓。试样SP 3相对试样SP 1起伏程度增加，弹坑底部变的尖锐。由图2b可知，随着喷丸强度的增大，试样表面粗糙度Sa先增加、后减小、再继续增加，存在一个最小值，即试样SP 2的表面粗糙度值最小，为5.29μm。粗糙度的增大使材料表面的应力集中效应明显增强，加快了疲劳裂纹的萌生，这在一定程度上阻碍了疲劳寿命的提高。2.1.2 微结构
从图3可以看出，由于强烈塑性变形，在光学显微镜下很难观察到表层组织晶界。喷丸处理后，试样的微结构大致可分为3个区：晶粒细化区Ⅰ、过渡区Ⅱ、未影响区Ⅲ。由图3可知，随着喷丸强度的增大，晶粒细化层和过渡层的厚度均增加，即塑性变形层的厚度随喷丸强度的增大而增加。其中试样SP 3的塑性变形层厚度最大，约为290μm；试样SP 1的塑性变形层厚度最小，约为110μm。此外，喷丸处理后，表层的部分晶粒中产生了大量的滑移带，随着喷丸强度的增大，滑移带的数量增加，并且变得更加明显，部分晶粒中出现交叉滑移。喷丸处理引起变质层内的位错密度增加，滑移带的数量增多，增加了可动位错在晶粒内移动的阻力，阻碍了位错在交变载荷下的往复滑移，延缓了裂纹在变质层内的萌生和扩展，这在一定程度上延长了疲劳寿命。2.1.3 显微硬度
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料疲劳性能预测统一模型探索[J]. 张哲峰,刘睿,张振军,田艳中,张鹏. 金属学报. 2018(11)
[2]湿法喷丸工艺有限元分析[J]. 钟轶宁,王惠敏,刘德贵,周文龙,付雪松,李志强. 精密成形工程. 2018(04)
[3]后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响[J]. 吴政协,马泳涛,龚军振,赵乐川. 表面技术. 2017(09)
[4]激光喷丸强化316L不锈钢的拉伸性能[J]. 郑阳,周建忠,孟宪凯,盛杰,黄舒,王祥. 应用激光. 2016(03)
[5]304不锈钢板材喷丸强化处理最佳工艺参数研究[J]. 赵韩,朱仁胜,张月,周隐,孙程,刘四洋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2016(03)
[6]湿喷丸强化对TC4钛合金表面状态及疲劳性能的影响[J]. 阴晓宁,付雪松,陈国清,周文龙,盖鹏涛,李志强. 金属热处理. 2016(03)
[7]喷丸强化与表面完整性对TC21钛合金疲劳性能的影响[J]. 李世平,刘道新,李瑞鸿,夏明莉,张炜,乔明杰,杜东兴. 机械科学与技术. 2012(12)
[8]喷丸过程中的能量转化及残余应力分布研究[J]. 闫五柱,刘军,温世峰,岳珠峰. 振动与冲击. 2011(06)
[9]铜合金疲劳过程中塑性应变幅的变化[J]. 张忠明,服部修次,田川纪英,後藤光昭,石川纯明. 材料热处理学报. 2004(04)
[10]高强度钢喷丸强化残余压应力场特征[J]. 高玉魁. 金属热处理. 2003(04)
博士论文
[1]高强双相钢喷丸强化及其XRD表征[D]. 付鹏.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]表面纳米梯度结构316L不锈钢组织性能研究[D]. 宋云云.南京理工大学 2016
[2]316L不锈钢表面纳米化后疲劳机理分析[D]. 辛素敏.贵州大学 2009
本文编号：3453577
【文章来源】：表面技术. 2020,49(07)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
疲劳试样外形尺寸图
不同喷丸强度下，316不锈钢的表面轮廓曲线如图2a所示。喷丸处理过程中，表面因丸粒撞击产生弹坑，发生塑性变形，表面轮廓曲线呈现上下波动的特点。表面粗糙度的变化如2b所示，其中Sa选定区域内各点高度绝对值的算术平均值[15]。由图2a可以看出，喷丸处理后，试样表面起伏程度明显增加。由于丸粒撞击试样表面的速度和能量随着喷丸强度的增大而增大，在总体趋势上，试样表面产生的弹坑尺寸也随之增大[16]。喷丸处理后，试样SP 2的表面起伏程度最小，并且弹坑底部较为平缓。试样SP 3相对试样SP 1起伏程度增加，弹坑底部变的尖锐。由图2b可知，随着喷丸强度的增大，试样表面粗糙度Sa先增加、后减小、再继续增加，存在一个最小值，即试样SP 2的表面粗糙度值最小，为5.29μm。粗糙度的增大使材料表面的应力集中效应明显增强，加快了疲劳裂纹的萌生，这在一定程度上阻碍了疲劳寿命的提高。2.1.2 微结构
从图3可以看出，由于强烈塑性变形，在光学显微镜下很难观察到表层组织晶界。喷丸处理后，试样的微结构大致可分为3个区：晶粒细化区Ⅰ、过渡区Ⅱ、未影响区Ⅲ。由图3可知，随着喷丸强度的增大，晶粒细化层和过渡层的厚度均增加，即塑性变形层的厚度随喷丸强度的增大而增加。其中试样SP 3的塑性变形层厚度最大，约为290μm；试样SP 1的塑性变形层厚度最小，约为110μm。此外，喷丸处理后，表层的部分晶粒中产生了大量的滑移带，随着喷丸强度的增大，滑移带的数量增加，并且变得更加明显，部分晶粒中出现交叉滑移。喷丸处理引起变质层内的位错密度增加，滑移带的数量增多，增加了可动位错在晶粒内移动的阻力，阻碍了位错在交变载荷下的往复滑移，延缓了裂纹在变质层内的萌生和扩展，这在一定程度上延长了疲劳寿命。2.1.3 显微硬度
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属材料疲劳性能预测统一模型探索[J]. 张哲峰,刘睿,张振军,田艳中,张鹏. 金属学报. 2018(11)
[2]湿法喷丸工艺有限元分析[J]. 钟轶宁,王惠敏,刘德贵,周文龙,付雪松,李志强. 精密成形工程. 2018(04)
[3]后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响[J]. 吴政协,马泳涛,龚军振,赵乐川. 表面技术. 2017(09)
[4]激光喷丸强化316L不锈钢的拉伸性能[J]. 郑阳,周建忠,孟宪凯,盛杰,黄舒,王祥. 应用激光. 2016(03)
[5]304不锈钢板材喷丸强化处理最佳工艺参数研究[J]. 赵韩,朱仁胜,张月,周隐,孙程,刘四洋. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2016(03)
[6]湿喷丸强化对TC4钛合金表面状态及疲劳性能的影响[J]. 阴晓宁,付雪松,陈国清,周文龙,盖鹏涛,李志强. 金属热处理. 2016(03)
[7]喷丸强化与表面完整性对TC21钛合金疲劳性能的影响[J]. 李世平,刘道新,李瑞鸿,夏明莉,张炜,乔明杰,杜东兴. 机械科学与技术. 2012(12)
[8]喷丸过程中的能量转化及残余应力分布研究[J]. 闫五柱,刘军,温世峰,岳珠峰. 振动与冲击. 2011(06)
[9]铜合金疲劳过程中塑性应变幅的变化[J]. 张忠明,服部修次,田川纪英,後藤光昭,石川纯明. 材料热处理学报. 2004(04)
[10]高强度钢喷丸强化残余压应力场特征[J]. 高玉魁. 金属热处理. 2003(04)
博士论文
[1]高强双相钢喷丸强化及其XRD表征[D]. 付鹏.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]表面纳米梯度结构316L不锈钢组织性能研究[D]. 宋云云.南京理工大学 2016
[2]316L不锈钢表面纳米化后疲劳机理分析[D]. 辛素敏.贵州大学 2009
本文编号：3453577
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