316L不銹鋼表面納米化后的低周疲勞性能研究.pdf

1、納米晶體材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征(晶粒尺寸很小，界面所占比例高)，使其具有一系列優(yōu)異的力學(xué)及物理化學(xué)性能，利用納米金屬材料的優(yōu)異性能對(duì)傳統(tǒng)工程金屬材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)改良，將可能提高工程材料的綜合力學(xué)性能及服役壽命。眾所周知，材料在使用過(guò)程中所受的疲勞破壞，在大多數(shù)情況下是從材料的表面開(kāi)始或受材料表面性能控制，如果在材料的表面制備出一定厚度性能優(yōu)異的納米結(jié)構(gòu)表層，即實(shí)現(xiàn)表面納米化，就可以通過(guò)表面組織性能的優(yōu)化來(lái)提高材料的綜合力學(xué)性能及環(huán)境服役行為

2、。近年來(lái)，表面納米化已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是今后幾年內(nèi)納米材料研究領(lǐng)域最有可能取得實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)之一。目前表面納米化的研究還處于起步階段，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)低炭鋼、鋁合金、工業(yè)純鈦等金屬材料表面納米化的相關(guān)性能(如力學(xué)性能、摩擦磨損性能、抗腐蝕性能等)做了較多的研究工作，但目前對(duì)材料表面納米化的疲勞性能研究工作還很少。 本文在中國(guó)科學(xué)院金屬研究所劉剛等通過(guò)利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電鏡(TEM

3、)等測(cè)試技術(shù)對(duì)超聲噴丸誘導(dǎo)的316L不銹鋼表面納米化后樣品的微觀結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，對(duì)表面納米化的微觀機(jī)理進(jìn)行了進(jìn)一步的探討；同時(shí)，采用經(jīng)超聲噴丸處理16分鐘后在表面己形成了納米晶組織的316L不銹鋼試樣和未表面處理的316L不銹鋼試樣為實(shí)驗(yàn)材料，通過(guò)對(duì)比拉拉疲勞試驗(yàn)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法分析研究了表面納米化處理對(duì)316L不銹鋼的疲勞性能的影響，并就表面納米化對(duì)疲勞性能的影響機(jī)理進(jìn)行了初步分析探討。 研究結(jié)果表明，超聲

4、噴丸表面納米化處理可以有效地提高316L不銹鋼的疲勞壽命，有95％的把握說(shuō)，經(jīng)16分鐘超聲噴丸表面納米化處理的316L不銹鋼板的中值疲勞壽命是原始狀態(tài)未表面納米化處理鋼板的中值疲勞壽命的1.09～1.62倍。對(duì)其影響機(jī)理分析認(rèn)為：超聲噴丸處理在表面所形成的殘余壓應(yīng)力對(duì)其疲勞壽命的提高起到了非常重要的作用；晶粒細(xì)化的納米強(qiáng)化表層對(duì)提高材料的滑移抗力，阻礙微裂紋的擴(kuò)展和聯(lián)接，延長(zhǎng)疲勞壽命也起了重要的作用；超聲噴丸處理后，表面粗糙度的增加對(duì)疲