S30432奧氏體不銹鋼噴丸強(qiáng)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(qiáng)化以及彌散強(qiáng)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(guó)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(qiáng)化是材料表面強(qiáng)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(jìn)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(guò)表征噴丸層表面力學(xué)性能，探討了其噴丸強(qiáng)化機(jī)理。
　　 采用不同的噴丸工藝對(duì)S30432奧氏體不銹鋼進(jìn)行噴丸強(qiáng)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(shí)，S30432奧氏體不銹鋼表面殘余壓應(yīng)力達(dá)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(shí)

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(dá)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(qiáng)度時(shí)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(shí)，分別經(jīng)過(guò)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(guò)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(duì)殘余應(yīng)力高溫松弛隨溫度與時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)，并計(jì)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(duì)各種常用線形分析方法得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)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(duì)數(shù)正態(tài)分布。對(duì)S30432奧

6、氏體不銹鋼三次復(fù)合噴丸表層組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果表明通過(guò)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(qiáng)化效果隨著外加載荷增加逐漸增強(qiáng)。
　　 在等溫加熱過(guò)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(cuò)密度隨著保溫溫度的提高和保溫時(shí)間的增加而降低，晶塊尺寸隨之增大。通過(guò)計(jì)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(qiáng)度，結(jié)果與常規(guī)拉伸試驗(yàn)基本一致，其表層屈服強(qiáng)度為268 MPa。S30432奧氏體不銹鋼經(jīng)過(guò)一次以及二次復(fù)合噴丸處理后，其表面σ0.2條件屈服強(qiáng)度分別約為830MPa，940 MPa，噴丸強(qiáng)化處理顯著提高了S30432奧氏體不銹鋼的表層屈服強(qiáng)度。微觀結(jié)果分析顯示噴丸后表層晶塊細(xì)化