超音速微粒轰击纳米化拉矫辊表面形貌与力学性能研究

采用超音速微粒轰击方法（USPP）对宝钢某机组拉矫辊进行了表面纳米化处理,利用扫描电镜（SEM）、粗糙度仪和显微硬度计对其表面形貌和力学性能进行了表征分析,结果表明,轰击后拉矫辊表面随机分布大量的冲击坑,表面粗糙度可在1.5-2.5之间调整;拉矫辊表层晶粒尺寸明显细化。纳米化处理后拉矫辊表层硬度可达到HV 920。工作气体温度和压力是影响酸洗拉矫辊表面粗糙度和显微硬度的主要因素。     

表面纳米化工业纯钛组织性能研究

采用表面机械研磨处理(SMAT)实现工业纯钛的表面纳米化,利用金相显微镜(OM)、显微硬度计对其微观组织及显微硬度进行表征、测定;利用动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS),结合X射线光电子能谱分析(XPS)技术,研究了表面纳米化工业纯钛在Hank's人工模拟体液中的腐蚀行为。结果表明:SMAT处理工业纯钛表层晶粒尺寸达到纳米级,从表层到基体晶粒尺寸由小到大呈梯度分布,其表层显微硬度明显提高,并由表层逐步降低至基体硬度。SMAT处理工业纯钛的自腐蚀电位较原始工业纯钛正移,腐蚀电流密度较原始工业纯钛低,其EIS高频容抗弧半径较原始试样大,表现出更稳定的钝化现象。表面纳米化过程中产生的高密度晶界和位错为Ti~(4+)提供了更多的扩散通道,有助于表面产生稳定的保护钝化膜,提高其耐蚀性。XPS分析结果表明,SMAT处理工业纯钛钝化膜的主要成分为Ti O_2。     

表面纳米晶化处理中碳钢的组织与力学性能

采用高能表面处理技术在40Cr钢的表面制备出具有纳米晶体特征的表面层.用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了表面纳米层的微观结构,并利用纳米压入法测定了表面纳米层的硬度.结果表明,经过高能表面处理后,样品表面层的晶粒细化为纳米晶,平均晶粒尺寸约为11 nm,表面纳米层的硬度明显提高.     

表面机械研磨处理工业纯锆的组织和拉伸性能研究

对退火态工业纯锆试样分别进行了5,15,30和45 min的表面机械研磨处理,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了试样的微观组织,对其表层晶粒尺寸进行了X射线衍射分析、采用维氏显微硬度仪测量了沿层厚方向的硬度,并进行了室温拉伸性能测试。实验表明,经过表面机械研磨处理,在强烈塑性变形作用下试样表层晶粒尺寸能够细化到纳米尺度,而且随处理时间增加而进一步降低,经过45 min处理后试样表层晶粒尺寸可以达到25 nm左右;处理后在试样的次表层形成了一定深度的变形层,具有较高的孪晶密度,并且变形层厚度随处理时间延长而提高。试样表层形成的纳米结构使其显微硬度获得了显著提高,并随处理时间增加而进一步提高;沿层厚方向试样显微硬度逐渐降低,与微观组织的变化一致。拉伸试验表明,表面机械研磨能够使试样得到强化。随处理时间的增加,试样屈服强度和抗拉强度能够得到明显改善,而试样的延伸率则随处理时间的增加而降低。对经过45 min处理的试样,其屈服强度和抗拉强度分别为324和414 MPa,相对于原始试样分别提高了11.7%和8.7%,延伸率为23%,降低了30.9%,拉伸断口主要形貌特征为韧窝,处理层和中心层呈现不同的组织特征。     

Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化机制研究

借助X射线衍射仪、透射电镜及显微硬度仪等先进仪器,研究了经超音速微粒轰击( SFPB)形变热处理Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化晶粒尺寸演化及纳米化机制.研究结果表明:超音速微粒轰击使Ti-6Al-4V合金表面获得了纳米组织,并发生显著的加工硬化,表面显微硬度比基体硬度提高了1倍多;随着SFPB处理时间的延长,纳米结构层厚度不断增加,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20 nm具有随机取向的纳米等轴晶.Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化是由于位错运动、孪晶的形成及交割共同作用的结果;在多方向载荷的重复作用下,在塑性变形区产生了大量的由位错线和高密度位错缠结分割的位错胞,并在位错寨集处产生应力集中,进而形成孪晶;孪晶自身相互交割和位错的滑移相互协调,形成了细小的孪晶和胞状组织;晶胞组织转变为细小多边形亚晶;当孪晶尺寸细化到亚纳米级时,位错的滑移起主导作用,最终通过位锗的湮灭和重组形成了具有随机取向的等轴状纳米晶粒.     

表面机械研磨工业纯锆的疲劳性能研究

采用表面机械研磨工艺对工业纯锆进行处理,利用四点弯曲疲劳试验对试样的疲劳性能进行研究,并利用透射电子显微镜(TEM)和光学显微镜(OM)对试样的微观组织进行观察,利用纳米压痕仪测试处理试样从表层到基体的硬度分布,采用X射线衍射(XRD)方法分析表层晶粒尺寸、微观畸变以及残余应力分布特征。结果表明:经表面机械研磨处理工业纯锆的疲劳极限为195 MPa,而原始试样的疲劳极限为159MPa,表面机械研磨处理使工业纯锆的疲劳极限提高了23%,疲劳性能的改善可归因于表面机械研磨引入的纳米化表层、加工硬化以及残余压应力。本文进一步研究发现,应力幅大于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳寿命低于原始试样;应力幅低于270 MPa,表面机械研磨处理试样的疲劳性能比原始试样优异。     

时效时间对表面机械研磨处理Cu-4.5Ti合金组织和硬度的影响

采用表面机械研磨法使Cu-4.5Ti合金表面形成纳米晶,利用X射线衍射分析,透射电子显微镜观察和显微硬度测量等手段研究时效时间对表面机械研磨处理Cu-4.5Ti合金组织和硬度的影响。结果表明:经过表面机械研磨处理后的Cu-4.5Ti合金发生了塑性变形,表层塑性变形明显,试样中出现了纳米晶结构,形成大量交割状态的机械孪晶;经过8 h时效处理后,试样中形成了更加致密的孪晶组织,并产生了更多孪晶区域。经表面机械研磨处理合金试样的显微硬度由表层向基体内部表现为先增大后减小的趋势,并最终达到稳定状态;经过8 h时效处理后试样到达峰值硬度,此时合金表层硬度增大至HV 213,并在离表层深度约50μm处获得HV 278的峰值硬度。     

纯铜表面纳米化的微观结构演化及其力学性能研究

利用表面机械滚压处理(surface mechanical rolling treatment, SMRT)工艺在纯铜表面制备出梯度纳米结构层,获得了最表层为取向随机的纳米晶粒、亚表层的晶粒尺寸在厚度方向上呈梯度分布的结构层。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对微观组织进行表征,研究了晶界、位错、孪晶界等微观结构的演化。通过改变SMART工艺参数,在纯铜表面制备出不同厚度的梯度纳米结构层,对比分析了梯度纳米结构层厚度对纯铜力学性能的影响。结果表明:经SMRT后,试样距表面大约5μm处的显微硬度高达1.56 GPa,其横截面的硬度随着距表面深度增加呈递减趋势;相比于粗晶铜,SMRT后纯铜的屈服强度提高了2倍多,而塑性损失很少,并且SMRT后纯铜的屈服强度随着梯度纳米结构层厚度的增加而提高。     

机械合金化Ti/Al合金的制备

采用多维摆动式球磨机机械合金化Ti/Al二元粉末,研究了机械合金化过程中粉末结构的变化。Ti/Al混合粉末经高能球磨后,颗粒尺寸下降,Ti、Al晶粒各自逐渐细化至纳米级尺寸,且部分形成非晶,球磨15h后发现了TiAl和Ti3Al金属间化合物。将机械合金化后的粉末进行放电等离子烧结,烧结试样的组成相主要为TiAl和Ti3Al。     

低碳钢的表面纳米化组织及其性能

对低碳钢进行表面机械研磨处理(SMAT),研究组织变化及其对性能的影响.结果表明:经过SMAT后,低碳钢上形成了厚度约为40 μm的纳米组织表层,在深度为40～80 μm处获得亚微晶组织;表面纳米化不仅提高了低碳钢表面的硬度和耐磨性,而且在不明显降低韧性的前提下提高了板材的整体强度;在纳米到微米量级的范围内,晶粒尺寸与硬度之间满足Hall-Petch关系.     

淬火/回火热处理对TiAl基合金晶粒细化的影响

研究了淬火/回火热处理中淬火温度和回火时间对Ti48Al2Cr0.5Mo合金晶粒细化的影响。研究结果表明:一定的淬火/回火热处理能将粒径约为1 000 μm的铸态组织细化成为18～30 μm的均匀双态组织。TiAl基合金的细化效果与淬火阶段的加热温度密切相关,温度升高,得到的块状组织较细,羽毛状组织体积分数减少。在两相区回火时,高温淬火组织的回火组织较细,而随时间的延长晶粒长大,但不明显。此外,从理论上探讨了淬火/回火工艺细化TiAl基合金显微组织的机理。     

机械合金化和微量添加剂对TiAl基合金显微组织及高温抗氧化性能的影响

研究了采用机械合金化方法制备TiAl基合金的工艺及其对显微组织的细化作用，概述了一系列添加剂对TiAl基合金高温抗氧化性能的影响。     

搅拌摩擦修复6061-T4铝合金裂纹的 组织和性能

采用搅拌摩擦方法对预制裂纹的6061-T4铝合金板进行修复,研究了表面裂纹和贯穿裂纹2种类型试样修复区的微观金相组织和抗拉性能及硬度分布.结果表明: 2种预制裂纹试样在合适的焊接工艺参数下,经搅拌摩擦修复后裂纹都能愈合.修复区晶粒由于动态再结晶,晶粒细化形成细小的等轴晶粒,裂纹修复后的试样抗拉强度能达到母材强度的78 %,表面裂纹试样的伸长率达到16.1 %、贯穿裂纹试样伸长率达到14.2 %,为韧性断裂;裂纹修复区的显微硬度的分布曲线基本呈现“W”形.      

表面纳米化316L不锈钢在酸性介质中腐蚀性能的研究

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,研究表层纳米化组织的腐蚀性能. 结果表明:经过60 min SMAT后,样品表面形成了一定厚度的纳米表层.显微组织. 由晶粒尺寸为10～30 nm的双相组织(马氏体和奥氏体)组成. 表层腐蚀性能在c(H2SO4)=0.05 mol/L和c(Na2SO4)=0.25 mol/L构成的腐蚀介质中下降.     

高能球磨雾化铁基合金粉末的组织与性能

采用气雾化技术制备无氧铁基合金粉末,通过在500℃空气中氧化的方式给粉末加氧,然后进行高能球磨。通过氧含量测定、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）分析及显微硬度测定,研究高能球磨后粉末组织与性能的变化。结果表明：球磨后粉末氧含量变化不明显,显微硬度大幅度提高;随球磨时间的延长,衍射峰逐渐宽化;通过球磨获得了晶粒细小、晶粒度分布较均匀的粉末颗粒,尤其是在球磨24 h、交替运行30 min条件下获得的粉末颗粒,不仅晶粒细小而且氧含量分布均匀。     

温轧表面纳米晶化304不锈钢钢板的多尺度晶粒组织

采用表面机械研磨处理后进行温轧的工艺,制备超细晶粒结构的304不锈钢钢板;采用XRD、TEM分析表征材料的微观组织结构;测试材料的维氏硬度。试验结果表明,所获得的材料晶粒尺寸呈梯度分布,从表层的纳米晶层逐渐过渡为心部的微米晶层,其中微米晶层的体积分数约为40%;同时,此多尺度晶粒分布的304SS板由奥氏体和马氏体双相组成,并同样呈梯度分布,具体为马氏体的体积分数从表层到心部逐渐减少,而奥氏体则反之;所制备的钢板表层维氏硬度显著提高,与原始未处理的304SS相比提高了150%;硬度的大幅度提高源于晶粒细化和应变诱导马氏体相变;维氏硬度分布与微观组织变化一致,表明此样品实现了高强高延性的良好结合。     

球磨时间对纳米晶Al-7Si-0.3Mg合金粉末微观组织及硬度的影响

以机械破碎Al-7Si-0.3Mg合金粉末为原料进行高能球磨, 对不同球磨时间的合金粉末进行金相观察、X射线衍射分析、透射电镜表征及显微硬度测试, 研究球磨时间对纳米晶Al-7Si-0.3Mg合金粉末的影响。结果发现, 高能球磨导致共晶硅颗粒从微米尺度细化到亚微米尺度, 颗粒形状从多面体转变成圆形, 颗粒内部有层错生成。随着球磨时间逐渐增加到60 h, 合金粉末平均颗粒尺寸从134μm逐渐下降到22μm, Al(Si, Mg)基体晶粒尺寸从438 nm降低到23 nm, 粉末显微硬度从HV 93增加到HV 289。粉末硬度的增加主要归功于球磨导致的晶粒细化(细晶强化作用), 此外, 球磨过程中硅颗粒的细化以及球磨引起的Mg、Si原子在基体内固溶度的增加也有利于粉末硬度的提高。     

工艺参数对CVCE变形工业纯铝组织和性能的影响

采用连续变断面循环挤压(CVCE)工艺制备细晶工业纯铝,结合金属流动规律研究挤压角度和变形道次对变形工业纯铝组织和性能的影响。结果表明:随着挤压角度的增加,网格畸变程度和变形不均匀程度随之增加,θ=7°试样的晶粒细化程度远大于6°,但晶粒尺寸和晶粒分布不及6°均匀;随着变形道次的增加,累积变形量增大,晶粒被充分细化,θ=7°试样经3个循环变形后的晶粒尺寸被细化至10μm,是原始晶粒尺寸的1/10; CVCE变形工业纯铝由表面至芯部的网格畸变决定了硬度的分布是沿表面到芯部逐渐减小,并且随着变形道次的增加,θ=7°试样的硬度呈显著增加趋势,3个循环的显微硬度可达HV 105. 62,相比于原始试样提高了4倍。经CVCE变形后试样,横截面与纵截面上晶粒的形状和取向性完全不同,纵截面上原始等轴晶粒取向性逐渐削弱,横截面上原始粗大的柱状晶经过变形后,晶粒的取向性几乎消失。     

Ti_2AlNb基合金等离子渗碳层的组织结构与摩擦性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术在Ti2AlNb基合金表面渗碳以提高其耐磨性,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、动态显微硬度系统等对渗碳层的微观组织、相组成及动态显微硬度进行表征,并采用HT2500型摩擦磨损试验机对其耐磨性进行测试。结果表明,经等离子渗碳后Ti2AlNb基合金可获得厚度约11μm的表面渗碳层,且该层碳元素含量由表及里呈梯度变化。合金渗碳层主要由纯C、TiC及Ti2AlC相组成,表面动态显微硬度达9.61 GPa。渗碳试样的比磨损率仅为基体合金的1.82%,耐磨性能大大提高。     

超声振动影响低碳钢热压缩过程的分析和试验

为研究超声振动对低碳钢热变形中奥氏体再结晶过程的影响,基于Gleeble-1500热模拟试验和对变形后淬火试样原始奥氏体晶界观测,构建Q235钢热压缩变形抗力和奥氏体平均晶粒尺寸数学模型,对超声振动和常规压缩变形条件下低碳钢圆柱试样的热压缩过程进行仿真分析。结果表明,超声振动导致试样一端变形如倒置的伞状,发生奥氏体动态再结晶所需临界变形程度明显降低;奥氏体动态再结晶首先从试样超振激励端开始,变形后试样内最小奥氏体晶粒尺寸约为20μm;超声振动变形试验表明,试样表层组织纳米化,内部晶粒尺寸相比常规压缩明显细化。