高能喷丸法实现工业纯铁表面自纳米化

运用高能喷丸法(HESP)在工业纯铁表面获得一定厚度的自纳米化层,通过金相显微镜观察、SEM分析、显微硬度测试以及XRD分析对自纳米化层的组织结构与性能进行了表征,重点对自纳米化层厚度、显微硬度分布与喷丸工艺参数之间的关系进行了分析研究.结果表明,采用0.5 MPa喷丸压力,喷丸5 min,即可在工业纯铁表层得到平均晶粒尺寸为58.5 nm,厚度为127 μm的自纳米化层.喷丸时间对自纳米化层厚度和晶粒大小的影响大于喷丸压力的影响.在不低于0.5 MPa喷丸压力下,只要保持足够的喷丸时间都可实现工业纯铁表面自纳米化.而在0.6 MPa的喷丸压力下,喷丸14 min可获得最大厚度为148 μm的自纳米化层.工业纯铁自纳米化层的显微硬度呈梯度变化,随着距表面距离的增加而连续降低.     

医用钛合金表面纳米化组织与性能研究

针对近β型TLM钛合金试样表面进行了不同时间的高能喷丸处理,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及显微硬度仪等对不同喷丸处理后的试样进行了组织观察和性能测试。研究发现,在喷丸的近表层发生了纳米化,形成了一定厚度的纳米晶层。喷丸处理时间越长,最表层的平均晶粒尺寸越小,晶粒尺寸沿着厚度方向有梯度变化,距喷丸表面越远,晶粒尺寸就会越大。同时纳米晶层的显微硬度相对于基体组织有大幅提高,显微硬度距表面距离越远,显微硬度越低,硬度的提升主要是由于表面晶粒细晶强化的作用所致。     

铝合金表面纳米化处理及显微结构特征

采用高能喷丸技术在1420铝合金上制备出纳米晶结构表层,利用X射线衍射仪、透射电子显微镜及高分辨电子显微镜研究由表层沿厚度方向的结构变化特征,并对硬度沿厚度方向的变化进行分析.结果表明:经过表面高能喷丸处理,样品表面形成了厚度约为20μm的纳米晶层,平均晶粒尺寸由约20 nm逐渐增加到约100nm;距表层约20～50 μm为亚微细晶层;表面纳米化的程度与塑性变形量有关;表面纳米化是通过位错滑移的塑性变形方式实现的;与样品的内部相比,表面硬度显著提高.     

热处理对表面喷丸纳米晶304不锈钢力学性能的影响

利用0. 3 MPa×6 min的喷丸工艺获得表面纳米化304不锈钢,研究了退火处理对表面喷丸纳米晶304不锈钢力学行为的影响。结果表明:经0. 3 MPa×6 min喷丸处理后,表面细化层平均晶粒尺寸为36 nm,马氏体含量为50. 2%,厚度为50μm,最大(最外表面处)和最小(离表面50μm)硬度值分别为430 HV0. 5和275 HV0. 5。650℃×30 min退火处理,表面喷丸纳米晶304不锈钢晶粒尺寸为58 nm,马氏体含量显著下降为6. 4%,综合力学性能最优,最大硬度为375 HV0. 5,抗拉强度和屈服强度分别为665 MPa和320 MPa,伸长率得到较大恢复,达44%。     

铝合金表面高能喷丸纳米化过程中析出相的返溶

利用HRTEM和TEM研究了Al-Zn-Mg合会高能喷丸表面纳米化过程中微观结构的演变。结果表明，经表面高能喷丸处理，样品表面形成了厚度约20μm的纳米晶层，随温度的增加，平均晶粒尺寸由约20nm逐渐增加到约100nm；随着塑性变形量的增加，η相在纳米晶区内几乎完全返溶，形成晶粒尺寸小于100nm的单相α过饱和固溶体。其原因可能是由于α固溶体的晶粒尺寸超细化而导致固溶度增加。     

喷丸处理诱导高锰钢表层纳米化

采用表面喷丸处理的方法在高锰钢上制备出纳米结构表面,利用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)及高分辨透射电镜(HRTEM)研究由表面沿厚度方向的结构变化特征,并对显微硬度沿厚度方向的变化进行分析。结果表明:经过表面喷丸处理,样品表面形成了厚约30μm的纳米晶层,平均晶粒尺寸由11nm逐渐增加到100nm;高密度的位错反应和重组以及多重孪晶在奥氏体高锰钢表面纳米化过程中起重要作用;与样品的基体相比,表层的显微硬度显著提高。     

高能喷丸后TC4合金表面组织性能研究

利用高能振动喷丸法对TC4钛合金进行了表面细化的研究。用光镜、扫描电镜、透射电镜和硬度计等手段分析并研究其表层变形层金相组织、晶粒尺寸及显微硬度。结果表明,TC4钛合金经高能喷丸处理后,材料表面形成一定厚度的细化晶粒组织,且喷丸强度越高,表层平均晶粒尺寸越细、形变层越深;高能喷丸处理后,随距被处理表面距离增加,硬度增加程度越来越小,随喷丸时间延长表面硬度有增加趋势。     

表面纳米化工艺对半固态成形AZ91D镁合金显微组织的影响

通过表面机械研磨处理在半固态成形AZ91D镁合金表面制备出纳米结构层;利用OM、XRD研究沿厚度方向变化的组织结构特征及变形层厚度与所用实验工艺参数的变化关系。结果表明:试样剧烈塑性变形层厚度随喷丸时间的延长呈先增大后趋于稳定的趋势;剧烈塑性变形层厚度随喷丸距离的增大呈先增后减的趋势,弹丸体积分数与直径也有类似的规律。得出在实验所用的工艺参数中,最佳的工艺参数是喷丸距离13 mm,喷丸时间120 m in,弹丸体积分数100%,弹丸直径Φ8 mm,此条件下表层晶粒尺寸为20 nm左右,剧烈变形层厚度可达到53μm。     

表面梯度纳米晶结构对06Cr19Ni10钢抗空蚀性能的影响

目的 对06Cr19Ni10钢进行表面剧烈塑性变形处理,利用获得的表面梯度纳米晶结构提高其抗空蚀性能。方法 采用高能喷丸法,在0.3～0.6 MPa范围内调节喷丸压力,获得不同组织结构的梯度纳米晶结构。使用光学显微镜、透射电镜、X射线衍射仪和显微硬度计对梯度纳米晶结构进行形貌、物相分析及截面硬度分析,使用电化学工作站和自制的空蚀检测仪对梯度纳米晶结构进行抗腐蚀性能及抗空蚀性能检测。结果 截面金相表明,通过调节喷丸压力,可以在06Cr19Ni10钢表面形成一层厚度为50～100μm的梯度纳米晶结构。XRD结果显示,喷丸处理可以使（111）、（200）、（220）、（311）、（222）晶向的衍射峰明显宽化。通过Voigt函数法计算可知,梯度纳米晶结构的顶层晶粒尺寸为32～87nm,表面硬度由180HV0.05提高至360～525HV0.05。此外,喷丸处理可以提高06Cr19Ni10钢的自腐蚀电位至-0.385 V(vs. SCE),降低其自腐蚀电流密度至3.512μA/cm2,明显延长其空蚀孕育期,最大抗空蚀系数约为未处理试样的12.92倍。结论 梯度纳米晶结构可以全面提高06Cr19...     

7A52铝合金焊接接头表面纳米化前后的性能分析

通过X射线、扫描电镜、显微硬度仪和摩擦磨损试验机等对7A52铝合金焊接接头高能喷丸处理前后的表面微观组织、晶粒尺寸、变形层厚度、显微硬度和耐磨性进行了测试分析.结果表明,经过20 min高能喷丸处理以后,母材、焊缝以及热影响区的表面平均晶粒尺寸分别为28.2,24.7和34.4 nm;表面变形层厚度约为36.5 μm材...     

Surface nanostructures in commercial pure Ti induced by high energy shot peening

The high-energy shot peening (HESP) technique was used to obtain the surface nanocrystalline microstructure for a hcp metal titanium. XRD, SEM and TEM were applied to characterize the microstructure of the surface layer. Large amount of the deformation twins in the surface layer were observed by SEM in the specimens after HESP treatment in a shot-time, and the number of deformation twins both in a single plane and in intersecting planes increases with HESP time, until the twin character disappears completely in the top surface layer, which means that the severe plastic deformation(SPD) occurs on the surface. The XRD analysis results show that after HESP treatmen for 30 - 60 min the surface grain size decreases to nanoscale. According to the TEM images and corresponding diffraction patterns from SPD areas of the 120 min-treatment specimen, the measured grain size near the surface is about 20 - 30 nm. The grain size in deformation layer increases with the depth from the surface, and the nanostructured layer is about 20 μm in depth. Therefore, the surface nanocrystalline and a gradient microstructure from the surface to the matrix are obtained, which results in the micro-hardness decreasing from surface to the matrix gradually.     

喷丸压力对GH3535合金表面状态及疲劳性能的影响研究

分别采用0.3MPa、0.45MPa和0.6MPa喷丸压力对GH3535高温合金表面进行喷丸。利用扫描电子显微镜（SEM）观察合金表面形貌、强化层组织结构,通过金相显微镜（OM）、维氏硬度计、X射线应力分析仪分析表层晶粒度、表层显微硬度、表层残余应力分布及X射线衍射峰半高宽。在室温条件下进行高周疲劳实验,并通过扫描电子显微镜（SEM）观察分析断口形貌特征。结果表明:GH3535合金喷丸后表层形成了晶粒细化层、硬化层和残余压应力层。且合金表面产生的晶粒细化层厚度、硬化层厚度以及残余压应力层厚度均随着喷丸压力的增加而提高。喷丸压力在0.3MPa～0.6MPa范围内,疲劳寿命受喷丸压力的影响较为敏感,且疲劳寿命随着喷丸压力的增加而提高。当喷丸压力为0.6MPa时,喷丸产生的效果最优,疲劳寿命提高了471.1%。喷丸后GH3535合金疲劳寿命的提高得益于合金表面状态的改善。     

7050铝合金表面亚微米化及其显微硬度的研究

通过改进7050铝合金表面纳米化技术(调节喷丸压力、弹丸直径和喷丸时间)在材料表面获得亚微米晶层,利用OM、XRD、SEM等方法对亚微米结构表层进行了观察和分析。结果表明:喷丸使7050铝合金表面发生一定的塑性变形,表层亚微米晶尺寸约88 nm,显微硬度比基体提高2倍。     

高能喷丸处理对Al-Zn-Mg合金的组织和力学性能的影响

采用透射电镜(TEM)、光学显微镜(OM)、显微硬度计和微力材料试验机等研究了 Al-Zn-Mg合金高能喷丸处理后的表层显微组织和力学性能.结果表明:经高能喷丸处理后,在距离Al-Zn-Mg合金表面约20 μm深度范围内形成了随机取向的等轴纳米晶层,表面层的结构特征尺寸随层深的增大呈梯度变化,无明显界面;由于细晶强化作...     

表面喷丸强化处理对TC11钛合金疲劳性能的影响

目的改善TC11钛合金的抗疲劳性能。方法采用喷丸表面强化工艺对TC11钛合金进行了表面强化处理,研究了喷丸强化处理、喷丸+二次喷丸强化处理对TC11钛合金试样表面粗糙度、残余应力、显微组织及疲劳性能的影响。结果喷丸处理能够在试样表层引入厚度约230?m的残余压应力场,但同时导致试样表面粗糙度值增加。喷丸后进行表面二次喷丸,试样表面残余压应力值和残余压应力峰值提高,但残余压应力峰值的位置和残余压应力层的厚度变化不大。二次喷丸对试样表面起到一定程度的修复作用,使试样表面粗糙度值降低。喷丸后试样表层组织发生明显的塑性变形,晶粒变细,而喷丸+二次喷丸处理可使试样表层组织得到进一步细化。喷丸处理后,试样的疲劳强度由480 MPa提高至540 MPa,提高了12.5%,二次喷丸使试样的疲劳强度提高至570 MPa,在喷丸的基础上继续提高了5.5%。结论喷丸后对试样表面进行二次喷丸对表层残余应力场的影响不大,二次喷丸主要通过降低试样表面粗糙度值和细化试样表层组织,使试样的疲劳强度得到进一步提高。     

Surface nanocrystallization of commercial pure titanium by shot peening

The surface nanostructures of commercial pure titanium was realized by the modified shot peening equipment commonly used in industry through the special treatment process. The results show that high-energy-shot-peening(HESP) commonly used to prepare nanostructured surface layers can be achieved by the increase of pill size, pill speed, and treatment time in the commercial shot peening equipment. XRD, SEM and TEM were used to characterize the surface layer microstructure of treated specimens. The analytic results show that the main deformation mode of commercial pure Ti is twinning. At the beginning of deformation, the dislocations are formed and twins occur within or on plane, then twins in intersection plane appear, and at last the twin characteristics disappear in the surface layer after longer treatment time. The deformation layer depth increases with treatment time in a certain period when the pill size and speed are unchanged. And in the severe plastic deformation (SPD) layer in which the twins are not identified easily by using SEM, the nanocrystalline microstructures are found under TEM. The finest grain size in the surface layer is about 40 nm, and the depth of nanostructured layers is over 60 μm. The microhardness of the nanostructured surface layers is enhanced significantly after shot peening compared with that of the initial simple.     

高能喷丸参数对304不锈钢表面性能的影响

采用气动喷丸方式,研究喷丸压力和喷丸时间等工艺参数对304不锈钢表面性能的影响。用X射线衍射方法检测了试样表层的晶粒尺寸和相组成,用显微硬度计测量了试样表层的显微硬度。结果表明,304不锈钢板经高能喷丸处理后,表层晶粒明显细化,达到纳米级,喷丸压力越大,晶粒越小;表层组织发生了应变诱导马氏体相变。随着喷丸压力增加,马氏体相逐渐增多,奥氏体相减少;喷丸处理后表层硬度显著提高,显微硬度值是未处理试样的2倍多;在5～15 min范围内,喷丸时间对试样表面性能影响不大。通过对弹丸粒子的运动分析,得到喷丸的能量主要与喷丸压力,弹丸密度、直径以及喷丸距离等参数有关,随着弹丸动能增大,表层晶粒逐渐减小,晶格畸变增加。     

Microstructure characteristics of as-surface nanocrystallized 1420 aluminum alloy by high-energy shot peening

A nanostructured surface layer was fabricated on 1420 aluminum alloy by high-energy shot peening.Microstructures were characterized by X-ray diffractometer (XRD), transmission electron microscope (TEM) and high-resolution electron microscope(HRTEM), and microhardness measurement was conducted along the depth from top surface layer to matrix of the sample peened for 30 rain. The results show that a nanocrystalline layer about 20μm in thickness is formed on the surface of the sample after high-energy shot peening, in which the grain size is changed from about 20 nm to 100 nm. In the surface layer of 20-50μm in depth, the microstructure consists of submicron grains. The surface nanocrystallization is accomplished by dislocation slip. The microhardness of the top surface nanostructured layer is enhanced obviously after high-energy shot peening(HESP) compared with that of the coarse-grained matrix.     

锆合金微弧氧化后喷丸致密化研究

目的提高锆合金微弧氧化后表面氧化膜的致密度。方法先对锆合金进行微弧氧化处理,在表面形成氧化锆陶瓷层,再进行不同工艺下的喷丸处理,以提高锆合金表层氧化膜的致密度。通过表面粗糙度测试,表征不同喷丸工艺下试样表面的塑性变形程度,并通过扫描电子显微镜对氧化膜表面形貌和横截面厚度进行分析,最后计算表面膜层中的孔隙率,以表征微弧氧化后喷丸的致密化效果。结果较高的喷丸强度和较长的喷丸时间均会使得膜层表面发生剧烈的塑性变形,导致表面氧化膜脱落,对锆合金的表面完整性具有不利影响。当使用AGB35玻璃丸在0.2 MPa气压下喷丸10 s时,取得了较好的致密化效果。与微弧氧化后的原始试样相比,气压控制在0.2 MPa,时间控制在10 s的喷丸处理,可以减小膜层中孔洞的尺寸和数量,使氧化膜中的孔隙率从原始的16.45%降低至7.27%,有效提高了膜层的致密度。随着喷丸气压增加至0.3 MPa或喷丸时间延长至30 s,氧化膜发生大面积脱落,部分基体与氧化膜之间产生孔隙,氧化膜中的孔隙率反而增加至20.20%,这对锆合金的表面完整性具有不利影响。结论合理控制微弧氧化后的喷丸工艺参数,可以致密化锆合金表面的氧化膜,使其更具有保护性,而过高的喷丸强度和过长的喷丸时间均不能实现较好的致密化效果。     

纯铁表面喷丸处理对镍扩散性能的影响

采用高能喷丸(HESP)对纯铁棒样端面进行了表面自纳米化(SSNC)处理,通过金相显微镜、扫描电子显微镜及x射线衍射对表面变形层厚度、晶粒度及硬度等进行了表征;然后在Gleeble 1500型热模拟试验机上实现镍箔在纯铁表面的渗入,并利用扫描电子显微镜对扩散的效果进行了比较分析.结果表明,工业纯铁经喷丸处理,表面晶粒得...