16MnR钢焊接接头表面纳米化及接头抗H2S应力腐蚀性能

采用超音速微粒轰击(Supersonic Particles Bombarding)技术对16MnR低合金钢焊接接头表面进行处理，利用金相显微镜和透射电镜对材料表面的微观组织进行分析。结果表明，经超音速微粒轰击处理可以使样品表层晶粒细化至纳米量级，表层晶粒尺寸平均为12．6nm，而且表层组织得到均一化。实验证实抗H2S应力腐蚀性能得到显提高。     

超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面纳米化与摩擦磨损性能的影响

目的 利用超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面进行强化处理,并研究超音速微粒轰击对材料表层组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。方法 采用三维显微形貌仪、透射电镜、背散射电子仪、扫描电镜、X射线残余应力分析仪、显微硬度仪等仪器观测GCr15SiMn轴承钢强化前后的微观组织、表面粗糙度、力学性能,并使用UMT-2摩擦磨损试验机对试样强化前后的摩擦磨损性能进行检测。结果 经过超音速微粒轰击强化处理的GCr15SiMn钢试样的表面粗糙度增加,表层结构发生严重的塑性变形,形成约20 μm厚的塑性变形层,片状马氏体细化至纳米级,平均晶粒尺寸约为13 nm,碳化物平均粒径由0.48 μm减小到0.45 μm,数量增加了约18%。试样表层引入了300 μm的硬化层,表面硬度从740HV0.05提高到了996HV0.05,距表面10 μm处出现硬度最高值为1 056HV0.05,硬度提高了42.7%。试样引入深度为60 μm的残余压应力层,样品表面残余应力为‒1 246 MPa左右。经过超音速微粒轰击后,强化试样平均摩擦因数略高于原始试样,而磨损率得到了大幅度降低,磨损机理主要为磨粒磨损,伴有少量的氧化磨损和黏着磨损。结论 经过超音速微粒轰击的GCr15SiMn轴承钢表面粗糙度增加,表层晶粒细化至纳米级;表层构建了残余应力层和硬化层;强化引入的残余应力和因强化处理引起的加工硬化、细晶强化改善材料的耐磨性。     

不同含碳量Fe-C合金表面纳米化行为的分析

采用超音速微粒工艺对不同含碳量的Fe-C合金进行表面纳米化处理。试验结果表明：纯铁和碳钢均可以实现表面纳米化，而灰口铸铁却得不到纳米化的表层结构，原因是其组织结构和塑变能力不同；超音速微粒轰击工艺获得的变形层厚度与含碳量相关，大致与合金屈服强度的1／2次方成反比；纯铁和低碳钢经过超音速微粒轰击可以获得最佳的表面纳米化效果。     

表面纳米化0Cr18Ni9Ti焊接接头抗应力腐蚀性能

采用超音速微粒轰击(supersonic particles bombarding)技术对0Cr18Ni9Ti不锈钢焊接接头表面进行处理,利用金相显微镜和透射电镜对材料表面的微观组织进行分析,并利用恒载荷应力腐蚀装置测量了表面处理后焊接接头抗应力腐蚀情况.结果表明,经超音速微粒轰击处理,样品表层以下60 μm区域的晶粒细化至纳米量级,表层晶粒平均尺寸为10.4 nm,而且表层组织得到均一化;较低应力情况下,300 h以上应力腐蚀后试样仍未出现断裂,可见经表面纳米化处理后样品的抗H2S应力腐蚀性能得到显著提高.     

0Cr18Ni9不锈钢表面纳米化对耐蚀性的影响

对0Cr18Ni9不锈钢采用超音速微粒轰击(Supersonic Fine Particles Bombarding,SFPB)进行表面纳米化处理,利用X射线衍射仪和透射电镜对试样表面形成的纳米品组织进行了检验.对试样表面进行了点蚀试验和动电位极化曲线测试,用扫描电镜对点蚀试样表面形貌进行了观察与分析.结果表明,超音速微粒轰击使试样表面层形成平均尺寸约20 nm的纳米晶组织,表面纳米化可以明显改善0Cr18Ni9不锈钢样品在3.5%NaCl溶液中的动电位极化特性,大大提高其抗氯离子腐蚀性能.     

HVOF微粒撞击诱导镁合金表面纳米化工艺研究

研究了超音速火焰喷涂(HVOF, high velocity oxygen-fuel flame)微粒撞击诱导Mg-15Gd-3Y镁合金表面纳米化新工艺,分析了不同工艺参数对表层变形及纳米化的影响规律。发现撞击钢丸粒径大小、轰击距离和处理时间对表层组织和硬度分布具有重要影响。通过光学显微镜和透射电镜观察了表面自身纳米化处理后镁合金样品表层组织的形变特征和纳米化效果;利用显微硬度仪测试了样品从表面至基体的硬度分布;采用X射线衍射仪分析了纳米化处理前后样品表层的物相变化情况。检测结果显示,该工艺在镁合金材料表面成功实现了自身纳米化,表层晶粒细化至20 nm左右,显微硬度提高至2倍以上,处理后样品表层没有出现氧化     

表面纳米化焊接接头力学性能研究

采用超音速微粒轰击(Supersonic Particles Bombarding)技术对0Cr18Ni9Ti不锈钢和16MnR低合金钢焊接接头表面进行处理,利用金相显微镜和透射电镜对材料表层结构进行表征,并测量了处理后焊接接头表层硬度、拉伸性能、弯曲性能和残余应力.结果表明:经超音速微粒轰击处理可以在焊接接头表层形成尺寸均匀的纳米晶组织,而且纳米化结构表层的硬度远高于心部,材料的抗拉强度和屈服强度均有提高.     

超音速微粒轰击40Cr钢工艺优化设计

超音速微粒轰击技术(SSPB)可以在金属材料表面施加强烈塑性变形,在材料表面制备纳米结构表层。利用正交设计的原则,对影响纳米化的几个主要参数进行优化设计,分析了各参数对轰击处理试样弧高的影响,得到了优化的工艺参数,并通过金相观察轰击处理试样的横截面,以及测试试样表面的粗糙度,分析了各参数对粗糙度的影响。     

钢材表面纳米化技术的研究进展

综述了高能喷丸、超声表面强化、超音速微粒轰击和激光冲击改性等表面纳米化技术的研究现状。表面纳米化在提高硬度、耐磨性、耐蚀性、疲劳性和扩散性能等方面具有积极作用。最后提出钢材表面纳米化技术发展中需注意的问题。     

机械加工方式实现表面自身纳米化设备

简述了机械方式表面自身纳米化的各种设备及其研究现状,对使用较为广泛的表面机械研磨/超声喷丸设备、旋转辊压塑性变形表面纳米化设备、通用抛丸机及超音速微粒轰击设备作了详细的介绍,并对其纳米化效果进行了对比,对机械方式表面自身纳米化设备的发展趋势进行了展望。     

Friction and wear behaviors of nanocrystalline surface layer of chrome-silicon alloy steel

A nanocrystalline surface layer of about 25 μm thickness was fabricated on a quenched and tempered chrome-silicon alloy steel using Supersonic Fine Particles Bombardment (SFPB). The microstructural features in the treated surface layer were characterized using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy observations. The grain size is about 16 nm in the top surface layer. Nanoindentation tests indicate the hardness of the top nanocrystalline layer is about 2 times of that of the matrix. The tribological behavior of the nanocrystalline surface layer was investigated under dry conditions. Experimental results show that the friction coefficients and wear volume loss of the surface nanocrystallized samples are lower than those of the untreated samples, and the wear resistance is remarkably improved. After surface nanocrystallization, there occurs a transition of dominant wear mechanics from the combined action of abrasive wear and adhesive wear to the abrasive wear. The advantages realized in the friction and wear properties of the SFPB treated sample may be attributed to the duo enhancement of the hardness and the surface activity caused by the grain refinement, which, in turn, result in the improvements in forming oxide layer and resistance to plastic removal.     

表面纳米化对低碳钢擦磨损性能的影响

用表面机械碱研磨对低碳钢板材进行表面处理,经X射线衍射及透射电镜分析表明,处理后的样品上已形成了纳米结构表层,用往复式摩擦实验机研究了处理后样品的摩擦磨损性能。结果表明其摩擦系数较未处理样品明显降低,其磨损量在低载荷及中等载荷作用下也较未处理样品降低,磨痕形貌的扫描电镜观察表明,表面纳米化能减弱低碳钢的疲劳磨损效应,提高材料的摩擦磨损性能。     

纯钛(TA2)表面纳米化及其热稳定性研究

利用超音速微粒轰击(SFPB)技术对纯钛(TA2)试样进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行不同温度的热处理。通过X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、显微硬度计和透射电子显微镜(TEM)分析测试,研究纯钛表面SFPB处理后的纳米化机理及其热稳定性。结果表明:经SFPB处理后试样表层形成了尺寸约为20nm随机取向的等轴晶粒,变形机制以孪生为主,且随层深增加,形变孪晶逐渐由多系转变为单系。纳米化后在450℃热处理时,纳米晶未发生明显粗化,因而具有良好的热稳定性。     

钛合金TC4表面纳米化及其热稳定性

利用超音速微粒轰击技术(supersonic fine particles bombarding,SFPB)对钛合金TC4进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行不同温度2 h退火处理。借助X射线衍射、显微硬度计、透射电子显微镜和差热分析对纳米化及热处理后的试样进行了组织和性能表征,研究钛合金表面纳米化机理及其热稳定性。结果表明:经过SFPB处理后的试样在表层形成了纳米结构层,随着处理时间的延长,变形层厚度不断增加,晶粒尺寸逐步细化,当SFPB处理30 min后晶粒尺寸趋于稳定,在表层形成了晶粒尺寸约为15 nm具有随机取向的纳米等轴晶。纳米化后的试样在750℃退火时,纳米晶未发生明显粗化,因而具有很好的热稳定性。     

Microstructure and vacuum tribological properties of 1Cr18Ni9Ti steel with combined surface treatments

A sulfide film was fabricated on the nanocrystalline layer of 1Cr18Ni9Ti stainless steel by a two-step method of supersonic fine particles bombarding (SFPB) and low temperature ion sulfurization treatments. The microstructure and mechanical properties of the nanocrystallized surface and the sulfide film were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, scanning electron microscopy (equipped with EDS), augur energy spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscope, and nano-indenter. The tribological behaviour of the treated (after SFPB and sulfurizing treatments) 1Cr18Ni9Ti steel in vacuum was investigated on a ball-on-disk tribometer. The results showed that, randomly oriented equiaxial nanograins with the mean grain size less than 30 nm were formed in the top surface layer of the SFPB treated sample, and a compact and uniform sulfide film mainly composed of FeS was obtained after the succedent sulfurizing treatment. Compared to the original 1Cr18Ni9Ti steel, the treated surface revealed lower friction coefficient and better wear resistance in vacuum, and the variation of tribological properties with atmospheric pressure of the treated samples was not significant. The dominant wear mechanisms of the treated 1Cr18Ni9Ti in vacuum were abrasive wear and fatigue wear.     

表面纳米化7A52铝合金在油润滑条件下的耐磨性能

采用高速颗粒轰击技术在7A52铝合金表面制得一定厚度纳米结构表层,利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了表面纳米晶层的微观结构特征,利用多功能纳米压痕仪和往复式摩擦磨损试验机测试了样品表面纳米化前后的硬度和耐磨性能。结果表明:7A52铝合金经高速颗粒轰击处理后样品表层形成了厚度约90μm塑性变形层,最表层晶粒尺寸约为8～20nm;表面纳米晶层的显微硬度约为原始样品的1.76倍;在油润滑的低载荷和中等载荷条件下,表面纳米化抛光样品的磨损量为原始样品的1/2～1/3;表面纳米化样品的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而原始样品的磨损机制为黏着磨损和疲劳磨损,表明其具有优异的耐磨性能。     

表面纳米化TC4疲劳性能研究

采用超声波喷丸技术(USSP),在TC4材料上制备出具有纳米晶结构特征的表面层,通过采用金相显微镜、透射电镜、扫描电镜、疲劳试验机及表面粗糙度仪等检测设备,对USSP处理后TC4钛合金组织与性能进行了表征。结果表明,经USSP处理后TC4表面产生剧烈塑性变形,组织细化至纳米级;实验测得USSP处理试样疲劳极限有所提高,疲劳极限最大提高了10.64%;裂纹源萌生于试样表面,疲劳断口由未处理的河流状变为处理后的波浪状;经USSP处理后粗糙度越小,缺口应力集中越小,对应疲劳性能越好。     

表面纳米化对316L不锈钢干摩擦性能的影响

目的研究表面纳米化316L不锈钢干摩擦磨损性能,以获得合理的喷丸时间,提高316L不锈钢的使用寿命。方法采用普通喷丸强化方法对316L不锈钢进行表面纳米化处理,利用洛氏硬度计测量了纳米化前后材料表面洛氏硬度;利用激光共聚焦显微镜观察了纳米化前后材料表面三维形貌,测量了材料表面的粗糙度;利用扫描电子显微镜观察了表面纳米化处理后横截面的金相组织;利用材料表面性能综合测试仪在干摩擦条件下进行了摩擦磨损实验,测量了材料的摩擦系数;利用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,分析了材料的磨损机理。结果与未纳米化试样相比,喷丸时间为15 min时,表面硬度提高9.7%,而表面粗糙度降低17.6%,干摩擦系数降低17.3%;喷丸时间为30 min时,表面硬度提高34.1%,粗糙度降低35.1%,干摩擦系数降低28.8%。未纳米化试样呈现典型的粘着磨损和磨粒磨损机制,而纳米化处理后试样则主要呈现疲劳磨损和磨粒磨损机制。结论表面纳米化处理后试样表面硬度随处理时间的增加而增加,粗糙度随处理时间的增加而降低,干摩擦系数随处理时间的增加而减小。喷丸处理时间较短时以疲劳磨损为主,处理时间较长时以磨粒磨损为主。     

基于纳米晶的低温离子渗硫层油润滑条件下摩擦磨损性能

利用预压力滚压技术在堆焊修复层表面制备纳米晶层,用低温离子渗硫技术在纳米晶层表面制备Fe S固体润滑膜。利用CETR-3型多功能摩擦磨损试验机考察油润滑条件下堆焊层表面纳米晶/Fe S复合层的摩擦磨损性能。采用SEM、EDS、XRD和XPS对摩擦磨损前后的硫化层微观组织结构进行分析。结果表明:与原始低温离子渗硫层相比,基于纳米晶的渗硫层厚度增加了40%,硫化层更为密实,基于纳米晶的低温离子渗硫层摩擦因数明显降低,磨损量降低40%左右,承载能力明显提高。耐磨减摩性能提高是纳米晶层作用的结果,基于纳米晶的硫化层硫化物含量较高,Fe S相所占比例较高,高硬度的纳米晶层为表面润滑层起到良好的支撑,对于减摩性能的提高起到积极作用。