0Cr18Ni9不銹鋼和2A12鋁合金表面納米化及其熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、表面納米化(SNC)技術(shù)能夠通過強(qiáng)烈塑性變形而在工程金屬材料上制備出納米結(jié)構(gòu)表層,從而顯著地提高材料表面(和整體)的性能與服役行為。目前通過超音速微粒轟擊技術(shù),在金屬材料表面已經(jīng)成功制備出一定厚度的納米結(jié)構(gòu)表層,即實(shí)現(xiàn)了表面納米化。然而對(duì)于金屬材料表層納米結(jié)構(gòu)的微觀組織演變,性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和深入的理解。因此,深入系統(tǒng)的研究強(qiáng)烈塑性變形導(dǎo)致的納米晶粒形成機(jī)制和技術(shù)對(duì)納米材料合成與應(yīng)用具有十分重要的意義。納米晶材料由于結(jié)構(gòu)

2、獨(dú)特,性能優(yōu)異而倍受關(guān)注。但由于納米材料中存在著大量的非平衡晶界,在使用過程中很容易因溫度的升高而發(fā)生晶粒長大,從而導(dǎo)致納米材料性能的大幅度下降,因此納米結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性成為SNC技術(shù)開發(fā)的關(guān)鍵問題之一。為此,本文選取工業(yè)上常用的0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼和2A12硬質(zhì)鋁合金進(jìn)行超音速微粒轟擊(SFPB),制備出納米結(jié)構(gòu)表層,并對(duì)其進(jìn)行不同溫度和時(shí)間的退火,利用X-射線衍射(XRD)、金相顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(T

3、EM)和顯微硬度測試等手段,研究SFPB樣品在退火前后組織和性能的變化,并對(duì)這兩種金屬材料在SFPB過程中的納米化機(jī)制以及熱穩(wěn)定性機(jī)制進(jìn)行了探討。主要研究結(jié)果如下：1.0Cr18Ni9不銹鋼和2A12鋁合金經(jīng)超音速微粒轟擊后,表層形成了隨機(jī)取向的等軸納米晶粒：隨著距表面距離的增加,塑性變形量逐漸減小,晶粒尺寸逐漸增大,直到與基體粗晶基本相同。表面層微觀結(jié)構(gòu)隨距離表層深度的增加呈現(xiàn)梯度變化,依次可分為：納米晶層,亞微米晶層,過渡層及基體。

4、2.層錯(cuò)能對(duì)表面納米化有著重要的影響,低層錯(cuò)能的0Cr18Ni9鋼,塑性變形和納米組織的形成主要是依靠形變孿晶；而高層錯(cuò)能的2A12鋁合金,則是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),由此可見,材料的不同塑性變形方式均可以導(dǎo)致表面納米化。3. SFPB處理的試樣表面顯微硬度明顯增大,大約提高到基體硬度的二倍,隨著距表面距離的增加,顯微硬度值逐漸下降,直至與基體硬度相同。4.0Cr18Ni9不銹鋼和2A12鋁合金經(jīng)SFPB處理后,當(dāng)退火溫度分別低于550℃和250