316L不锈钢梯度结构及其在退火中的演变

对316L不锈钢进行表面机械研磨处理（SMAT），获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度组织。对SMAT样品进行不同温度的真空退火，研究组织变化。结果表明：当退火温度低于0．5L（L为熔点）时，316L不锈钢经SMAT后形成的梯度组织未发生明显的变化。随着退火温度的继续增加，梯度组织发生回复和晶粒长大，但晶粒长大的速度较小。整个退火过程中，内应力和微观应变的释放在SMAT样品的深度方向诱发了机械孪生，并在纳米结构表层中引起马氏体相变。     

退火温度对SMAT处理Zr-4合金组织和性能的影响

利用XRD、OM、TEM及显微硬度测试等方法,研究了经表面机械研磨处理(SMAT)Zr-4合金在不同温度退火后组织和性能的变化。结果表明:当退火温度低于350℃时,梯度结构的变形组织与表层晶粒尺寸均未发生明显的变化,最表层显微硬度未变且沿层深方向的硬度分布与SMAT态一致;而当退火温度高于350℃时,随着温度的升高,表层组织发生了再结晶,晶粒尺寸增至3μm,晶粒长大及微观应力的释放使试样表层硬度明显下降。     

0Cr18Ni9不锈钢表面纳米化及其热稳定性研究

对0Cr18Ni9不锈钢进行表面超音速微粒轰击处理,使表面获得纳米晶粒,并且晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大呈梯度组织。将处理后的样品进行不同加热温度和保温时间的热处理,研究其组织结构和硬度的变化。结果表明:当加热温度低于500℃时,表层晶粒尺寸未发生明显变化,只是在表面纳米晶层及其相邻的亚微晶层上发生马氏体相变,对应的硬度沿深度分布也未见明显的改变;当加热温度高于500℃时,表层组织发生回复与再结晶,导致硬度明显下降。与加热温度相比,保温时间对组织和硬度的影响不大。     

异步轧制对表面纳米化316L不锈钢组织和性能的影响

采用表面机械研磨处理(SMAT)在316L不锈钢上制备出纳米结构表层，然后在室温对其进行80％形变量的异步轧制(CSR)，研究了CSR处理后表层组织和性能的变化．结果表明：经过60min SMAT后，样品表面形成了一定厚度的纳米晶层，晶粒尺寸为10—30nm．对其进行80％形变量的CSR后，表层组织仍为纳米晶组织，但纳米晶尺寸更加均匀、细小(为5—15nm)，表面粗糙度显著下降；纳米表层硬度略有提高，但基体硬度显著提高；在0．05mol／L H2SO4 0.25mol／L Na2SO4腐蚀介质中的耐腐蚀性能比SMAT后的样品有明显改善，但均低于原基材．     

表面机械研磨处理固溶Cu-2wt％Ti合金的特征和性能

采用表面机械研磨处理(SMAT)的方法在铜钛合金表面制备了纳米晶组织.采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和显微硬度测试仪对SMAT试样的微观组织结构和性能进行了表征.实验结果表明:SMAT处理60 min后晶粒尺寸为30.5 nm.SMAT处理后,试样中出现了明显的分层现象及高密度的形变孪晶和交叉孪晶.SMAT处理后试样表面的硬度增大,沿深度成梯度分布.对SMAT试样进行时效处理后,表面硬度变化不大,但距表面40～50 μm之间的硬度明显增大.     

表面机械研磨诱导AISl 304不锈钢表层纳米化I.组织与性能

采用表面机械研磨处理(SMAT)在AISl 304不锈钢上制备出纳米结构表层，研究纳米化行为及其对硬度的影响．结果表明：经过SMAT后，样品表面形成了厚度约为30μm的纳米晶层，显微组织由平均晶粒尺寸约为10nm的单一马氏体相演变为尺寸稍大的双相组织，在距表面30—300μm的范围内，显微组织由以亚微米级的奥氏体多系孪晶为主逐渐演变为单系孪晶．表面纳米化是晶粒碎化与纳米尺度新相形成共同作用的结果．与心部相比，表面硬度显著提高．     

7A04表面纳米化组织的热稳定性

用旋转辊压塑性变形方法在7A04铝合金表层获得纳米晶组织，用DSC和透射电镜研究了表面纳米晶组织的热稳定性。DSC测试结果表明7A04铝合金表面纳米晶的再结晶温度在473K左右，透射电镜分析表明表面纳米化样品473K退火后晶粒没有明显长大，平均晶粒尺寸约100nm。旋转辊压变形160min，表面层显微硬度由160HV升高到335HV，473K退火后显微硬度下降至250HV，但仍高于基体，573K退火后从表层到基体的显微硬度均明显下降。结果表明7A04表面纳米化组织的使用温度在473K以下。     

表面机械研磨处理对316L不锈钢组织和性能的影响

对2.8mm厚的316L不锈钢板的上下表层进行机械研磨处理(SMAT),对经过不同时间的SMAT后的样品的表层组织进行金相观察,并测量SMAT不同时间的样品的硬度、抗拉强度.结果表明,经过表面机械研磨处理不同时间后,在316L不锈钢板表层获得了不同厚度的表面强化层,强化层组织为沿厚度方向由纳米晶层向微米晶层过渡的梯度组织;随着SMAT时间的增加,总的强化层厚度增加;表面组织的变化导致了表面硬度明显增加,整体材料的屈服强度增加;表面机械研磨处理时间对性能的影响并非线性增加,表面硬度和整体材料的屈服强度在处理5min时增加显著,处理时间继续增加到15、30和60min,它们的增加速度很小.拉伸断口表面形貌的扫描电镜观察表明,经过5min处理后的样品,表层的剪切唇变形区域面积增加,断口微观特征为长条状的韧窝,但是随着处理时间的增加,剪切唇区的尺寸并没有继续增加,而是开始下降,表面硬化区域的增加造成了塑性变形能力的下降.     

7A04表面纳米化组织的热稳定性

用旋转辊压塑性变形方法在7A04铝合金表层获得纳米晶组织,用DSC和透射电镜研究了表面纳米晶组织的热稳定性.DSC测试结果表明7A04铝合金表面纳米晶的再结晶温度在473K左右,透射电镜分析表明表面纳米化样品473K退火后晶粒没有明显长大,平均晶粒尺寸约100nm.旋转辊压变形160min,表面层显微硬度由160HV升高到335HV,473K退火后显微硬度下降至250HV,但仍高于基体,573K退火后从表层到基体的显微硬度均明显下降.结果表明7A04表面纳米化组织的使用温度在473K以下.     

表面纳米化Zr-4合金组织和性能热稳定性研究

采用表面机械研磨法(SMAT)对Zr-4合金进行处理,在其表面制备出纳米结构表层,并在不同温度下对其进行退火。利用偏光显微镜、X射线衍射仪、透射电镜、显微硬度计和电化学测量仪等分析手段,研究了SMAT处理Zr-4合金经不同温度退火后,其纳米表层组织、硬度的热稳定性,以及退火对耐腐蚀性能的影响。结果表明,SMAT处理Zr-4合金经低于350℃退火,其表层纳米晶组织、晶粒尺寸、显微硬度具有一定的热稳定性;Zr-4合金经SMAT处理实现表面纳米化后,其在1 mol/L H2SO4溶液中的耐腐蚀性能降低,进一步对其在低于350 ℃进行退火,其耐腐蚀性能得到改善,且退火后的耐腐蚀性能要优于原始未经SMAT处理的Zr-4合金     

Thermal Stability of Nanocrystalline AZ31 Magnesium Alloy Fabricated by Surface Mechanical Attrition Treatment

A nanocrystalline layer(NL) was fabricated on the surface of AZ31 magnesium(Mg) alloy sheet by surface mechanical attrition treatment(SMAT). The microstructure of the Mg alloy was characterized by optical microscopy,X-ray diffraction and microhardness test. The results showed that both the microstructure and microhardness of AZ31 Mg alloy sheet after SMAT revealed a gradient distribution along depth from surface to center. The thermal stability of the NL was investigated through characterizing the microstructure evolution during the post-isothermal annealing treatment within the temperature range from 150 to 250 ℃. The NL exhibits a certain degree of thermal stability below 150 ℃, while it disappears quickly when annealing at the temperature range of 200–250 ℃. The grain growth kinetics of the nanocrystalline of AZ31 Mg alloy induced by SMAT was investigated. The activation energy of nanocrystalline AZ31 Mg alloy was obtained with a value of 92.8 k J/mol.     

金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响

表层梯度结构广泛应用于工程材料,经表面强化技术处理后,零件表层结构呈梯度分布,可以改善零件的服役能力.综述了金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响,从微观结构和力学性能的角度,结合非均匀材料中裂纹的扩展行为,考虑了微结构和力学性能之间的相互影响规律,分析了梯度结构中影响裂纹扩展的因素.经表面强化后,材料表面晶粒细化,晶粒尺寸沿纵深方向呈现梯度分布,改变裂纹萌生位置,同时对裂纹扩展起到阻碍,使零件疲劳寿命延长.梯度结构中金相组织由表层单一组织到芯部多相组织的转变,引起表层硬度和残余压应力向纵深方向逐渐减小,表面压应力可以减弱外力的作用,从而影响疲劳寿命.然而,梯度结构中微观组织和力学性能互相关联,像晶粒和位错能改变残余应力的分布,也会对裂纹扩展路径产生影响,如何定量表征他们的影响还有待进一步研究.     

Microstructural Evolution,Mechanical Properties and Thermal Stability of Gradient Structured Pure Nickel

The microstructural evolution of pure nickel treated by deep rolling(DR) technique with different indent depths was investigated by means of optical microscopy and transmission electron microscopy.The surface roughness, hardness and residual stress distribution along the depth from surface were measured.Moreover, the DR-treated sample was annealed at temperatures from 300 to 700 ℃ for 2 h.The results reveal that dislocation movements are the fundamental mechanisms of gradient grain refinement during the DR process.With increasing indent depth of the DR, the gradient microhardness on the cross section of sample significantly increases, the maximum compressive residual stress decreases, and the affecting region of residual stress increases.The results of thermal stability depict that the microstructure can be stable as temperature up to 300 ℃, and the abnormal grain growth and annealing twins are observed at 600 ℃.     

表面机械研磨对5052铝合金表面纳米化与性能的影响

研究了表面机械研磨处理(SMAT)对传统轧制和连铸连轧5052铝合金显微组织、物相组成、硬度和拉伸性能的影响。结果表明:进行SMAT前,连铸连轧5052铝合金的晶粒尺寸(7μm)要小于传统轧制5052铝合金的晶粒尺寸(13μm);进行SMAT后,传统轧制和连铸连轧5052铝合金在表层均会形成细小的晶粒尺寸梯度分布,而且传统轧制和连铸连轧的5052铝合金的心部硬度和表层硬度均会有不同程度的提高,经过5.0 min的SMAT后,心部硬度分别达到89和91 HV,表面硬度基本相当(约为102 HV);相同SMAT时间下,连铸连轧5052铝合金的抗拉强度和断后伸长率均要高于传统轧制的5052铝合金,当SMAT时间增加至1.0 min及以上时,传统轧制和连铸连轧5052铝合金的抗拉强度有明显提升、断后伸长率略有减小,这主要与SMAT后合金表层形成了一定厚度的加工硬化和细晶强化层有关。     

表面严重塑性变形过程中Ag-Cu共晶合金的结构演变

采用表面机械研磨处理技术对Ag-Cu共晶合金进行了表面严重塑性变形处理。采用硬度、透射电镜(TEM)等手段对Ag-Cu共晶合合金结构演变进行了研究。研究表明,采用表面严重塑性变形方法获得了具有纳米表层的Ag-Cu共晶梯度结构,合金变形层厚度为~100 mm,最表层纳米晶尺寸~10 nm。同时对其晶粒细化机制进行了讨论。     

机械研磨处理Zr-4合金表面纳米化研究

选用表面机械研磨技术(SMAT)处理密排六方结构Zr-4合金的表面,实现Zr-4表面纳米化,并利用X射线衍射(XRD)对比分析不同时间SMAT处理Zr-4合金表面平均晶粒尺寸。SMAT处理15min时Zr-4合金表面平均晶粒尺寸最小,约为20nm。利用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)对其纳米化表层结构进行表征,并研究了其表面纳米化机制。     

Fretting wear behaviour of surface mechanical attrition treated alloy 718

Alloy 718 was subjected to surface mechanical attrition treatment (SMAT) using SAE 52100 steel balls of a 5 mm diameter for four different treatment durations (15, 30, 45 and 60 min). Fretting wear tests were conducted at different normal loads on untreated and treated samples for 25,000 cycles using alumina as a counterbody material. Microstructural features of the surface layer of samples treated by SMAT were characterized by cross-sectional optical microscopy and transmission electron microscopy. Hardness, surface roughness and residual stress were determined using a nano-indenter, surface roughness tester and X-ray residual stress analyzer respectively. SMAT resulted in the formation of nanocrystallites on the surface and near surface regions, increased hardness, increased surface roughness and compressive residual stress at the surface. Treated samples exhibited lower tangential force coefficient (TFC) compared to untreated samples. Samples treated for 60 min exhibited higher grain refinement, higher hardness, lower surface roughness and higher TFC compared to the samples treated for 30 min. The wear volume and wear rate of samples treated for 30 min were lower compared to those of the untreated samples, which may be attributed to an optimum combination of hardness and toughness and a low work hardening rate of the nanocrystalline structure at the surface of the treated samples. In contrast, the wear volume and wear rate of the samples treated for 60 min were higher than those of untreated samples, presumably due to the higher hardness and reduced toughness of the samples treated for 60 min.