碳钢表面喷丸诱导低温B-Cr-Re共渗研究
发布时间：2021-12-09 21:19
目的进一步拓宽低温B-Cr-Re共渗技术的应用。方法采用喷丸技术对20钢表面进行预处理,处理的时间分别为0.5、1.0、1.5 h,然后进行低温B-Cr-Re固体共渗及其力学性能研究,共渗温度为600℃和650℃,保温时间6 h。利用高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等,对预处理后基体表层结构和B-Cr-Re低温扩散层组织结构及力学性能进行表征。结果经喷丸处理后,基体表层发生严重塑性变形,晶粒发生破碎并逐渐细化,获得平均晶粒尺寸分别为50、58、65nm的纳米结构层,晶界明显增多。预处理时间越长,基体表层变形程度越严重,获得的纳米结构越明显;同时由于原子排列发生错排,阻碍了基体表层位错等缺陷的运动,故在基体表层观察到高密度位错等结构缺陷。经喷丸处理后,600℃下处理不同时间的B-Cr-Re低温共渗层组织连续、均匀,存在孔洞,平均深度约为7、8、7μm,650℃下处理不同时间的B-Cr-Re低温共渗层组织连续、均匀、致密,平均深度约为21、24、22μm,力学性能良好。结论喷丸处理后,基体表层存在较多的晶界和高密度位错,为后续B-Cr-Re的低温共渗提供了更多结构和能量支...
【文章来源】：表面技术. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
低温共渗装置示意图
图2为不同时间喷丸基体表层结构的TEM图谱及电子衍射形貌。从图2中可以看出，20钢经喷丸处理后，晶粒逐渐细化，达到了纳米量级，如白色箭头所示，平均晶粒尺寸分别为50、58、65 nm，晶界明显增多。选择图2c红色方框区域观察了电子衍射形貌，如图2d所示，可以看出，（220）、（200）、（110）晶面的电子衍射形貌由连续的衍射环构成，表明出现了纳米量级的晶粒尺寸，且晶粒呈随机的晶体取向分布，这与图2c的观察结果一致。基体经喷丸处理的过程中，基体表层会产生一定的应力，主要是压应力，随着压应力的增大，基体表层先发生弹性变形，随后发生严重的塑性变形，且变形程度随喷丸时间的延长逐渐增大。在压应力作用下，表层晶粒发生变形、破碎现象，晶格发生畸变，晶粒被逐渐细化，这样的往复行为促使基体表层形成纳米结构层，晶粒细化到纳米量级，表层晶界增多。从图2中还可以观察到，不同喷丸时间后，基体表层局域存在高密度的位错。晶粒变形后，在基体表层局域原子发生错排，原子沉积下来，阻碍相邻原子的运动，形成不同类型的位错，随喷丸过程的进行，位错发生塞积和增殖，导致位错密度的增加，有的时候可能还会在局域产生孪晶和非晶区。图3为喷丸1.5 h后基体表层结构TEM图谱。从图3中白色方框区域观察到高密度的位错，这主要是因为喷丸时，钢丸击打到基体表面，破坏了基体表面局部的原子排列，产生位错。压应力的产生，促使位错开始运动，更多的晶界阻碍了位错的运动速度，使位错不断发生增殖、塞积，大大提高了局部位错的密度。强烈的冷变形造成基体表层形成细小的纳米晶粒，其具体的尺寸可以通过测量试样表层XRD衍射峰的半高宽（FWHM）来计算，表达式如下：
式中，βM2为测量的摇摆曲线半高宽；β2int为固有摇摆曲线半高宽；βG2为测量仪器引起的摇摆曲线宽化；βe2为微应力引起的摇摆曲线宽化；βD2为晶粒尺寸引起的摇摆曲线宽化；β2r为样品屈服引起的摇摆曲线宽化。2.2 B-Cr-Re共渗层形貌分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸强化对超高强度钢耐腐蚀性能的影响[J]. 张丹峰,谭晓明,钱昂,战贵盼. 装备环境工程. 2020(02)
[2]脉冲频率对Cr12MoV钢固体渗硼工艺的影响[J]. 李鑫,赵作福,单东栋,刘亮,霍宝阳,莫梓睿,齐锦刚. 金属热处理. 2018(04)
[3]低碳钢超声喷丸表面纳米化的研究[J]. 冯淦,石连捷,吕坚,卢柯. 金属学报. 2000(03)
本文编号：3531328
【文章来源】：表面技术. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
低温共渗装置示意图
图2为不同时间喷丸基体表层结构的TEM图谱及电子衍射形貌。从图2中可以看出，20钢经喷丸处理后，晶粒逐渐细化，达到了纳米量级，如白色箭头所示，平均晶粒尺寸分别为50、58、65 nm，晶界明显增多。选择图2c红色方框区域观察了电子衍射形貌，如图2d所示，可以看出，（220）、（200）、（110）晶面的电子衍射形貌由连续的衍射环构成，表明出现了纳米量级的晶粒尺寸，且晶粒呈随机的晶体取向分布，这与图2c的观察结果一致。基体经喷丸处理的过程中，基体表层会产生一定的应力，主要是压应力，随着压应力的增大，基体表层先发生弹性变形，随后发生严重的塑性变形，且变形程度随喷丸时间的延长逐渐增大。在压应力作用下，表层晶粒发生变形、破碎现象，晶格发生畸变，晶粒被逐渐细化，这样的往复行为促使基体表层形成纳米结构层，晶粒细化到纳米量级，表层晶界增多。从图2中还可以观察到，不同喷丸时间后，基体表层局域存在高密度的位错。晶粒变形后，在基体表层局域原子发生错排，原子沉积下来，阻碍相邻原子的运动，形成不同类型的位错，随喷丸过程的进行，位错发生塞积和增殖，导致位错密度的增加，有的时候可能还会在局域产生孪晶和非晶区。图3为喷丸1.5 h后基体表层结构TEM图谱。从图3中白色方框区域观察到高密度的位错，这主要是因为喷丸时，钢丸击打到基体表面，破坏了基体表面局部的原子排列，产生位错。压应力的产生，促使位错开始运动，更多的晶界阻碍了位错的运动速度，使位错不断发生增殖、塞积，大大提高了局部位错的密度。强烈的冷变形造成基体表层形成细小的纳米晶粒，其具体的尺寸可以通过测量试样表层XRD衍射峰的半高宽（FWHM）来计算，表达式如下：
式中，βM2为测量的摇摆曲线半高宽；β2int为固有摇摆曲线半高宽；βG2为测量仪器引起的摇摆曲线宽化；βe2为微应力引起的摇摆曲线宽化；βD2为晶粒尺寸引起的摇摆曲线宽化；β2r为样品屈服引起的摇摆曲线宽化。2.2 B-Cr-Re共渗层形貌分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷丸强化对超高强度钢耐腐蚀性能的影响[J]. 张丹峰,谭晓明,钱昂,战贵盼. 装备环境工程. 2020(02)
[2]脉冲频率对Cr12MoV钢固体渗硼工艺的影响[J]. 李鑫,赵作福,单东栋,刘亮,霍宝阳,莫梓睿,齐锦刚. 金属热处理. 2018(04)
[3]低碳钢超声喷丸表面纳米化的研究[J]. 冯淦,石连捷,吕坚,卢柯. 金属学报. 2000(03)
本文编号：3531328
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