S30432奧氏體不銹鋼噴丸強化及其表征研究.pdf

1、S30432奧氏體不銹鋼是一種在傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼TP304H基礎(chǔ)上應(yīng)用多元合金強化以及彌散強化理論開發(fā)出的一種新型奧氏體不銹鋼，該種材質(zhì)由于具有優(yōu)異的性能已在國內(nèi)外超超臨界發(fā)電設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。噴丸強化是材料表面強化的重要方法之一，可以顯著提高材料表面力學(xué)性能。為了進一步挖掘S30432奧氏體不銹鋼的優(yōu)良性能，本文優(yōu)化了S30432奧氏體不銹鋼的噴丸工藝，研究了不同噴丸工藝下殘余應(yīng)力分布、組織結(jié)構(gòu)變化、以及殘余應(yīng)力松弛和組織結(jié)構(gòu)的回

2、復(fù)與再結(jié)晶行為，并且通過表征噴丸層表面力學(xué)性能，探討了其噴丸強化機理。
　　 采用不同的噴丸工藝對S30432奧氏體不銹鋼進行噴丸強化處理，結(jié)果表明，傳統(tǒng)一次噴丸后殘余應(yīng)力在表面呈現(xiàn)各向同性;多步復(fù)合噴丸工藝下材料表面殘余壓應(yīng)力值以及最大殘余壓應(yīng)力值均隨噴丸次數(shù)增加而增大，當(dāng)采用優(yōu)化的三次復(fù)合噴丸工藝處理時，S30432奧氏體不銹鋼表面殘余壓應(yīng)力達到-778 MPa，最大殘余壓應(yīng)力值及其層深分別為-865 MPa和10μm;同時

3、，采用多步復(fù)合噴丸工藝不僅可以提高S30432奧氏體不銹鋼殘余應(yīng)力值，而且可以提高噴丸表層殘余應(yīng)力的均勻性。應(yīng)力噴丸殘余應(yīng)力隨預(yù)應(yīng)力增加而增大，優(yōu)化后殘余壓應(yīng)力最大值達到-993MPa。
　　 利用X射線應(yīng)力分析技術(shù)研究了S30432奧氏體不銹鋼噴丸殘余應(yīng)力在外載荷條件下的松弛行為，結(jié)果表明，外載荷越大，松弛越明顯，當(dāng)外載荷接近材料屈服強度時松弛速率最大，且加載方向松弛速率高于垂直加載方向。在不同外加循環(huán)載荷作用下，殘余應(yīng)力松弛

4、均發(fā)生在循環(huán)初始階段，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，殘余應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定，外載荷越大，最終殘余應(yīng)力穩(wěn)定值越小。當(dāng)外加循環(huán)載荷為200，250，300MPa時，分別經(jīng)過5次，2次，2次循環(huán)之后，殘余應(yīng)力即發(fā)生劇烈松弛，經(jīng)過多次循環(huán)后，最終噴丸殘余應(yīng)力分別松弛了30％，40％，65％。
　　 S30432噴丸殘余應(yīng)力熱松弛行為研究表明，在高溫條件下，殘余應(yīng)力熱松弛主要發(fā)生在退火初期，溫度越高殘余應(yīng)力松弛速率越大。利用Zener-Wert-Av

5、rami方程，對殘余應(yīng)力高溫松弛隨溫度與時間的變化規(guī)律進行了總結(jié)，并計算出其殘余應(yīng)力熱松弛激活能為159kJ/mol。
　　 利用X射線衍射線形分析方法分析了S30432奧氏體不銹鋼噴丸層的組織結(jié)構(gòu)變化，對各種常用線形分析方法得到的結(jié)果進行了對比。將Rietveld全譜擬合分析方法引入噴丸層組織結(jié)構(gòu)的分析中，采用PoPa各向異性模型表征了噴丸層在不向晶向上微觀組織結(jié)構(gòu)的變化，并獲得了噴丸層晶塊尺寸的對數(shù)正態(tài)分布。對S30432奧

6、氏體不銹鋼三次復(fù)合噴丸表層組織結(jié)構(gòu)進行表征，結(jié)果表明通過噴丸處理后，表層晶塊尺寸大小趨于均勻，<111>方向最大為16.3 nm。晶塊尺寸分布中值隨著層深的增加而逐漸增加。預(yù)應(yīng)力噴丸層組織強化效果隨著外加載荷增加逐漸增強。
　　 在等溫加熱過程中，S30432奧氏體不銹鋼噴丸組織發(fā)生了回復(fù)與再結(jié)晶行為，顯微畸變以及位錯密度隨著保溫溫度的提高和保溫時間的增加而降低，晶塊尺寸隨之增大。通過計算S30432奧氏體不銹鋼的晶界遷移激活能

7、為259 kJ/mol，顯微畸變松弛激活能為171 kJ/mol。
　　 利用原位X射線應(yīng)力分析方法表征了S30432奧氏體不銹鋼未噴丸試樣的表面屈服強度，結(jié)果與常規(guī)拉伸試驗基本一致，其表層屈服強度為268 MPa。S30432奧氏體不銹鋼經(jīng)過一次以及二次復(fù)合噴丸處理后，其表面σ0.2條件屈服強度分別約為830MPa，940 MPa，噴丸強化處理顯著提高了S30432奧氏體不銹鋼的表層屈服強度。微觀結(jié)果分析顯示噴丸后表層晶塊細化