高溫噴丸GW92K鎂合金表面特性與高周疲勞行為研究.pdf

1、鎂合金在較高溫度下可承受比室溫更劇烈的塑性變形,本文提出高溫噴丸鎂合金,期望通過強(qiáng)化表面層來提高其疲勞強(qiáng)度,進(jìn)而推動(dòng)輕質(zhì)鎂合金運(yùn)動(dòng)型零部件的應(yīng)用。本文以新型高強(qiáng)稀土鎂合金Mg–9Gd–2Y–0.4Zr為研究對(duì)象,首先研究了擠壓和擠壓+峰時(shí)效態(tài)GW92K合金的高周疲勞行為;然后開發(fā)了一套適合于鎂合金的高溫噴丸系統(tǒng),確定了GW92K合金高溫噴丸介質(zhì)和噴丸強(qiáng)度;重點(diǎn)對(duì)比研究了室溫噴丸和高溫(240℃)噴丸擠壓態(tài)和擠壓+峰時(shí)效態(tài)GW92K合金的

2、表面形貌、變形層組織、顯微硬度、殘余應(yīng)力等特性,獲得了溫度對(duì)表面噴丸形變特性的影響規(guī)律;最后通過對(duì)比研究室溫和高溫噴丸合金的高周疲勞行為,初步探討獲得了鎂合金高溫噴丸的強(qiáng)化機(jī)理。
　　擠壓和擠壓+峰時(shí)效態(tài)GW92K合金高周疲勞行為研究結(jié)果表明,初始擠壓態(tài)GW92K鎂合金平均晶粒度約為21μm,屈服強(qiáng)度為208MPa,延伸率為22％;峰時(shí)效態(tài)合金晶粒尺寸大小無明顯變化,屈服強(qiáng)度提高至291MPa,延伸率降低至10%。擠壓和峰時(shí)效態(tài)合

3、金的107周次疲勞強(qiáng)度分別為125MPa和145MPa,兩種狀態(tài)合金的疲勞裂紋都萌生于試樣表面。
　　高溫噴丸擠壓GW92K鎂合金表面特性和高周疲勞行為的研究結(jié)果表明,在相同噴丸強(qiáng)度下,高溫噴丸擠壓 GW92K合金試樣表面的殘余壓應(yīng)力、變形層的硬化程度和厚度、表面粗糙度都高于室溫噴丸試樣,但是當(dāng)噴丸強(qiáng)度高于0.55mmN時(shí),高溫噴丸試樣表面先出現(xiàn)微裂紋。噴丸強(qiáng)度從0.10mmN增加到0.55mmN時(shí),常溫噴丸試樣表面的平均粗糙度R

4、a、最大粗糙度Ry值分別從1.06μm和10.6μm增加到3.3μm和19.6μm;高溫噴丸試樣的Ra、Ry分別從1.1μm和11.3μm增加到3.6μm和22.6μm。高溫噴丸變形層中發(fā)現(xiàn)了(1012)-拉伸孿晶。噴丸強(qiáng)度為0.30mmN時(shí),高溫和室溫噴丸的殘余壓應(yīng)力分別為109MPa和104MPa,位于距表面深約88μm處。室溫和高溫噴丸擠壓GW92K鎂合金試樣的最佳噴丸強(qiáng)度分別為0.10mmN和0.15mmN,疲勞強(qiáng)度分別提高到1

5、75MPa和185MPa。室溫和高溫噴丸擠壓合金試樣裂紋萌生區(qū)為亞表層區(qū)域。
　　高溫噴丸峰時(shí)效態(tài) GW92K鎂合金變形層特性和高周疲勞行為研究結(jié)果表明,與擠壓態(tài)合金相同,在相同噴丸強(qiáng)度下,時(shí)效態(tài)GW92合金高溫噴丸試樣表面、變形層的硬化程度和厚度、表面粗糙度都高于室溫噴丸試樣。隨著噴丸強(qiáng)度增加,由粗糙度引起的應(yīng)力集中系數(shù)Kt增加,噴丸強(qiáng)度由0.10mmN增加到0.55mmN時(shí),室溫噴丸試樣的Kt值由1.14增加到1.39,高溫噴

6、丸的Kt值由1.19增加到1.44。室溫和高溫噴丸GW92K鎂合金試樣的最佳噴丸強(qiáng)度分別為0.10mmN和0.20mmN,疲勞強(qiáng)度分別提高到195MPa和210MPa。室溫和高溫噴丸時(shí)效合金試樣的疲勞裂紋萌生為區(qū)域裂紋萌生,且位于亞表面。
　　高溫噴丸與室溫噴丸有相似的強(qiáng)化表面和抗疲勞性能機(jī)理,噴丸引起合金變形層殘余壓應(yīng)力、組織細(xì)化和顯微硬度的增加有利于提高其高周疲勞性能,而表面粗糙度的增加不利于提高高周疲勞性能。表層的附加壓應(yīng)力