S32205雙相不銹鋼噴丸強化及其組織結(jié)構(gòu)XRD研究.pdf

1、S32205雙相鋼因兼有鐵素體和奧氏體兩相組織，它將奧氏體不銹鋼所具有的優(yōu)良韌性，與鐵素體不銹鋼所具有的耐氯化物應(yīng)力腐蝕以及高強度性能相結(jié)合，使其具有優(yōu)良的耐蝕性和高強度等諸多優(yōu)異性能。因此，雙相不銹鋼適于多種用途，如化工、能源以及核工程等領(lǐng)域。噴丸技術(shù)可改善材料表面性能，從而可進一步拓展其應(yīng)用。本文通過改進傳統(tǒng)噴丸技術(shù)、結(jié)合 XRD分析方法研究了雙相鋼噴丸殘余應(yīng)力、形變組織結(jié)構(gòu)以及表層力學行為等。
　　分別采用復合噴丸、應(yīng)力噴丸

2、等技術(shù)對雙相不銹鋼進行噴丸強化，結(jié)果表明這些工藝相對于傳統(tǒng)一次噴丸，明顯提高了噴丸殘余壓應(yīng)力水平。例如噴丸強度0.30mmA的一次噴丸，鐵素體表面殘余壓應(yīng)力為-822 MPa，且為層深殘余壓應(yīng)力最大值。奧氏體表面殘余壓應(yīng)力為-890 MPa，但最大殘余壓應(yīng)力為-936 MPa位于層深25μm處，兩相殘余壓應(yīng)力分布層深分別約為300μm和200μm。采用噴丸強度0.30mmA（第一次）+0.15 mmA（第二次）的復合噴丸，兩相表面殘余壓

3、應(yīng)力則分別提高到-835 MPa和-913 MPa。鐵素體最大殘余壓應(yīng)力仍處在表面，奧氏體層深25μm處的最大殘余壓應(yīng)力則提高至-967 MPa，其兩相殘余壓應(yīng)力分布層深分別與一次噴丸接近。采用0.18 mmA傳統(tǒng)噴丸以及噴丸強度相同的450 MPa預應(yīng)力噴丸，兩種工藝中鐵素體最大殘余壓應(yīng)力分別為-719 MPa和-1010 MPa，而奧氏體對應(yīng)的最大殘余壓應(yīng)力為-849MPa和-1189 MPa，且兩相殘余壓應(yīng)力分布層深因預應(yīng)力加載而

4、增大。預應(yīng)力噴丸具有更明顯的強化效果。
　　利用原位 X射線應(yīng)力分析研究了殘余應(yīng)力的高溫松弛行為，基于 Zener-Wert-Avrami方程計算了鐵素體和奧氏體噴丸殘余應(yīng)力松弛激活能分別為178 KJ/mol和116 KJ/mol。結(jié)果表明加熱溫度越高，兩相殘余應(yīng)力松弛越明顯，且鐵素體噴丸殘余應(yīng)力穩(wěn)定性高于奧氏體。借助原位拉伸X射線應(yīng)力分析研究單次加載和循環(huán)加載表明外載荷越大，殘余應(yīng)力松弛越明顯。通過研究殘余應(yīng)力與循環(huán)次數(shù)對數(shù)的

5、線性關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在相同循環(huán)載荷下，鐵素體噴丸殘余應(yīng)力具有更高的穩(wěn)定性。
　　基于X射線衍射全譜擬合分析方法研究了S32205雙相鋼噴丸強化層的組織結(jié)構(gòu)。Rietveld結(jié)構(gòu)精修結(jié)果顯示噴丸表層鐵素體和奧氏體晶塊減小、顯微畸變增大、位錯增多、綜合層錯率增加等。對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)分析表明在相同噴丸工藝條件下，噴丸表面奧氏體具有更細小的晶塊尺寸，且噴丸表層中奧氏體形變細化組織結(jié)構(gòu)層深小于鐵素體。奧氏體質(zhì)量分數(shù)含量在噴丸強化后沒有發(fā)生明顯的減

6、少。XRD單線條法研究了應(yīng)力噴丸表層，發(fā)現(xiàn)預應(yīng)力促使兩相的組織結(jié)構(gòu)形變更加明顯。
　　利用原位X射線衍射分析并結(jié)合Rietveld全譜擬合中各向同性模型，研究了噴丸鐵素體和奧氏體晶塊大小與顯微畸變在高溫中隨時間的變化規(guī)律。并計算得出鐵素體和奧氏體熱松弛激活能分別為189 KJ/mol和203 KJ/mol，晶界遷移激活能分別為216 KJ/mol和242 KJ/mol。結(jié)果表明，溫度越高兩相回復再結(jié)晶越明顯，且奧氏體噴丸組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)

7、定性高于鐵素體。
　　通過原位拉伸X射線應(yīng)力分析技術(shù)，獲得了S32205雙相鋼表面兩相在噴丸前后各自的等效應(yīng)力-等效應(yīng)變曲線以及表面屈服強度，結(jié)果表明在同一噴丸條件下，鐵素體和奧氏體表面屈服強度分別提高122％和131%，奧氏體屈服強度的提高率更高。噴丸表面屈服強度的增加與殘余壓應(yīng)力、形變細化組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。通過顯微硬度測量可知，在噴丸強度為0.30 mmA+0.15 mmA時，其顯微硬度可達基體顯微硬度的200%。雙相鋼的噴丸強化