形变强化金属材料表面状态特征的疲劳演变研究进展

概述了形变强化技术对金属材料疲劳性能的增强机理,主要归因于残余压应力、加工硬化、微观组织等表面状态特征的协同作用。重点综述了形变强化处理后金属材料表层的残余应力、加工硬化以及微观组织等表面状态特征在热载荷、机械载荷影响下疲劳演变的研究进展,分别总结了热载荷、机械载荷以及热-机械耦合载荷等作用条件下残余应力松弛行为、加工硬化松弛行为以及微观组织的疲劳演变规律与机理,并就热载荷、机械载荷作用下残余应力松弛行为的理论预测模型进行了归纳总结。在此基础上,讨论了关于残余应力、加工硬化以及微观组织等表面状态特征因素之间内在联系的研究进展,并指出了对于上述三者之间的逻辑关系目前研究存在的不足之处,以及尚待解决的问题。最后分析了当前金属材料表面形变强化研究中存在的一些问题与不足,并对表面形变强化抗疲劳制造技术未来的发展趋势进行了展望。

低碳钢形变强化相变的特征

介绍了低碳钢形变强化相变的基本概念及主要特征,系统的研究工作证实了变形显著地加速了低碳钢过冷奥氏体向铁素体的相变过程,形变强化相变是一个以形核为主导的过程,直到相变完成以前,形核始终存在于新相与原奥氏体相界面的高应变区。由于几何空间与成分条件上受到一定的限制,长大及各向异性都不太明显,铁素体晶粒超细化,实验工作还证实了转变动力学呈现明显的3个阶段,它们分别与相变铁素体在原奥氏体晶界上的形核,在铁素体/奥氏体相界前沿高畸变区的形核,及被铁素体晶粒所包围的残存奥氏体上的相变形核等过程相对应。

W-Ni-Fe系高密度钨合金形变强化工艺研究进展

综述了高密度钨合金材料形变强化工艺的研究进展 ,重点介绍了轧制、旋锻、静液挤压 (冷静液挤压 ,热静液挤压 )等形变强化工艺对高密度钨合金材料性能的影响及各种工艺方法的优缺点 ,指出了形变强化工艺在高密度钨合金生产领域方面的优势及应用前景。

低碳钢SS400形变强化相变组织演变的动力学

采用Gleeble1500热模拟机进行压缩实验,研究了Q235级别低碳钢SS400在750和780℃形变强化相变组织演变及动力学的定量特征.过冷奥氏体形变过程的形变强化相变按照其转变动力学的特征可分为3个阶段:前2个阶段的转变动力学方程形式与J—M—A方程的形式相符,而第3阶段的转变动力学与J—M—A方程的形式不相吻合.第1阶段符合Cahn的“位置饱和”机制,动力学参数n值为4,对应于铁素体在原奥氏体晶界及三叉界的形核及快速长大.第2阶段不符合Cahn的“位置饱和”机制,n值在1.0—1.5之间,对应于晶内奥氏体/铁素体前沿畸变区的大量形核.第3阶段对应于剩余少量形核位置时的转变变缓过程.变形提高了晶粒的形核率,同时促进了晶粒的长大速率;形变强化相变铁素体晶粒转变初期的长大速率随应变速率的增加而增大.

低碳微量铌钢形变强化相变的组织演变

利用热模拟压缩变形实验研究了含Nb钢过冷奥氏体形变强化相变的组织演变规律,探讨了微量Nb对形变强化相变的影响,并对转变动力学和晶体取向进行了分析.结果表明,含Nb钢在A3-Ar3之间的形变过程中主要以形变强化相变为主.与低碳钢相比,含Nb钢形变强化相变的孕育期变长,完成相变所需的应变量也相应增加,使得其转变动力学曲线向高应变方向平移.含Nb钢的转变动力学曲线可划分成两个阶段,其中第一阶段固溶Nb阻碍铁素体相变,使孕育期推迟,而第二阶段形变过程中动态析出的Nb(C,N)既为铁素体相变提供了大量的形核位置,又钉扎铁索体晶界,阻碍铁索体晶粒的长大.在这种以形核为主的过程中出现了<111>和<001>两种织构的交替变化.

冷作硬化非调质钢螺栓的形变强化效应

根据形变强化非调质钢螺栓的制造工序,对MFT8非调质钢原材料、冷拔和时效处理三种状态下的形变强化效应进行研究,比较了其形变硬化指数及力学性能,研究分析了组织对其性能的影响。结果表明:MFT8非调质钢形变强化效应明显;时效处理后仍具有良好的形变强化能力,可以确保螺栓在使用时的安全性;强化后的螺栓各项力学性能指标达到8.8级技术要求,研究材料能够取代调质钢制造高强度螺栓。

形变强化对93W-4.9Ni-2.1Fe合金组织及性能的影响

为研究形变强化工艺对93W-4.9Ni-2.1Fe性能的影响,采用大变形量旋转锻造工艺制备了93W -4.9Ni-2.1Fe合金,并利用SEM与TEM技术分析了旋转锻造态93W-4.9Ni-2.1Fe合金显微组织的形态与尺寸.结果表明:钨合金材料经形变强化后,钨晶粒内部出现由高密度位错形成的胞状组织以及长条状形变晶粒,且粘结相内位错密度较高;旋锻态93W-4.9Ni-2.1Fe合金在具有高强度的同时,保持着一定的延性;旋锻态钨合金的力学性能与变形量及粘结相的分布有关.

低碳钢形变强化相变时铁素体织构类型的分析

利用背散射电子衍射取向成像技术分析了在热模拟单向压缩条件下Q235碳素钢形变强化相变时铁素体织构的类型。结果表明,在利用形变强化相变实现铁素体的超细化过程中会出现铁素体的相交织构和形变织构,在大应变条件下还会出现动态再结晶织构。在形变强化相变后细晶铁素体在整体上表现为以〈111〉方向为主的线织构。主要的相交织构在粗晶奥氏体内部形变带形核时产生并与〈111〉织构对应。形变织构是在形变时形成的铁素体受到继续变形所致,在形变强化相变过程中及完成后都会产生,对应〈111〉及〈100〉方向的线织构,随着形变的加大,〈100〉方向的织构增加得更快,形变温度的降低有利于形变织构的加强。在形变量很大且形变温度比较合适时(但不能过低)会发生铁素体的动态再结晶,它以连续的方式进行,导致形变织构的进一步加强,并使晶粒均匀细化。

工艺参数对低碳钢形变强化相变的影响

研究了低碳钢过冷奥氏体变形时,工艺参数即变形温度、变形速率和原始奥氏体晶粒大小对形变强化相变组织演变、转变动力学及相变完成时临界应变量εc的影响。结果表明,εc随变形温度降低而减小,随形变速率和原始奥氏体晶粒大小增大而增加。其中,变形温度对εc的影响最大。在相同应变速率的条件下,降低变形温度、减小原始奥氏体晶粒尺寸,都起到了促进相变的作用,使转变动力学提前。在所研究的不同工艺中,组织演变和转变动力学均可分为两个阶段。第一阶段与晶界、孪晶界或形变带作为相变优先形核位置的“位置饱和”机制有关;第二阶段为晶内铁素体奥氏体相界前沿高畸变区的反复快速形核,是以形核为主导的过程,表现为“形核位置不饱和”机制。晶粒的长大在时间与空间上受到限制,形变强化相变完成时,可以使铁素体晶粒细化到2～3μm。

不锈钢腐蚀磨损过程中形变强化能力的研究

用ＡＩＳＩ３０４钢与Ｃｒ－Ｍｎ－Ｎ双相不锈钢进行了磨损和腐蚀磨损试验，测定了磨损和磨蚀的体积损失随载荷及接触应力的变化关系及磨痕的显微硬度，观察了磨痕形貌及Ｃｒ－Ｍｎ－Ｎ双相不锈钢形变引起的位错滑移及增殖．结果表明，双相Ｃｒ－Ｍｎ－Ｎ不锈钢具有较强的形变强化能力，良好的耐磨性和耐腐蚀性．在不降低合金耐蚀性的前提下，利用合金本身的形变强化能力提高其耐磨蚀性能。

铌对低碳钢形变强化相变的影响

利用热模拟压缩变形实验研究了含铌钢和相应成分的低碳钢过冷奥氏体形变强化相变的组织演变规律,探讨了铌在析出状态时对形变强化相变的影响,进行了转变动力学曲线的分析.结果表明:形变强化相变之前有Nb(CN)析出可以显著促进铁素体形核.含铌钢的过冷奥氏体在A3～Ar3之间变形,可以得到平均晶粒尺寸为1.9μm的形变强化相变铁素体.其转变动力学与低碳钢相类似,以形变强化相变为主;在铁素体转变基本完成时,含铌钢的铁素体晶粒较细小.

W-35% Cu粉末形变强化复合材料组织及性能研究

为了提高W-Cu复合材料的致密度,采用机械球磨-冷压制坯-液相烧结-热静液挤压-热处理工艺,制备出微观组织弥散分布、性能优异的W-35%Cu复合材料.采用扫描电镜、电子探针等测试手段分别对烧结及挤压后材料的组织及性能进行了分析.实验结果表明,采用机械球磨技术制备的W-35%Cu复合粉,经液相活化烧结后,再经热静液挤压进一步形变和致密,材料的硬度以及导电性能都有较大提高.在800℃真空热处理2h后,获得了硬度高于200HB,电导率高于40m/Ω.mm2的W-35%Cu形变复合材料.

冷轧过程中过共析钢的组织演变和形变强化

用SEM、TEM研究了不同冷轧变形量（变形量0～8l_6％）的过共析钢的组织演变规律。结果表明，由于珠光体片层取向的多样性，造成了不同珠光体团变形的不均匀性，随着变形量的增大，组织经历了一个由均匀一不均匀一均匀的过程；通过XRD分析，确定在冷轧变形过程中未发现渗碳体分解并溶人铁素体的现象；通过力学性能测定，发现屈服强度Rel与真应变ε基本符合Hollomon关系，可用方程Rel=1465ε^0.18预测不同变形量下试验钢的屈服强度。

高比重钨合金的旋锻形变强化

对高比重钨合金经旋锻处理后的组织、亚结构和机械性能等进行了实验研究。

变形温度对形变强化相变完成时临界应变量的影响

利用“形变强化相变”机制研究了低碳钢过冷奥氏体在740℃和780℃,10s-1变形时的变形温度对相变完成时临界应变量εc的影响。结果表明,变形温度对εc和组织演变的影响很大。在740℃和780℃变形时,εc分别为0.96和1.39,变形温度降低明显促进了相变。变形温度对εc的影响在组织演变上主要表现为铁素体形核地点的不同。740℃变形时,铁素体由奥氏体晶界形核过渡到以形变带形核为主,形核速率极高;780℃变形时,铁素体由奥氏体晶界形核过渡到在铁素体/奥氏体相界面前沿高畸变区快速形核。

钢铁材料的表面形变强化与疲劳强度

主要介绍常用合金结构钢、渗碳钢、低合金高强度钢及球墨铸铁等材料经整体热处理或表面化学热处理后再复合表而形变强化的综合应用(即复合强化),有针对性地研究了强化规律与疲劳强度的相互关系。研究指出,复合强化是发挥材料疲劳强度潜力的有效途径,可使高强度钢的σ_(-1n)/σ_b仍保持线性关系。提出了采用局部形变强化,克服零件的薄弱环节,使零件各部位的材料疲劳强度接近等强度设计的技术观点。并以断裂力学与表面微观组织结构的变化以及残余压应力等因素的有益作用探讨了强化机制,同时将研究结果有效地应用于生产。

V、Nb与变形条件对含钒微合金钢形变强化相变的影响

为探明钢中微合金元素(V、Nb)与变形条件对含钒钢形变强化相变的影响规律,为制备含钒超细晶粒钢提供理论依据,通过对含钒钢进行形变强化相变热模拟试验,分析得出V、Nb的影响为:固溶V、Nb不利于形变强化铁素体相变的进行;V(C,N)、V-Nb(C,N)可以在多道次变形中沉淀析出,成为铁素体的异质形核核心,同时析出相对晶界及亚结构的钉扎作用使铁素体晶粒细化。研究表明,多道次变形时,道次间隔时间越短,温度越低,则累积的有效变形量越大,钢的形变强化相变越易进行,含钒钢超细晶铁素体体积分数越大。

锰元素对形变强化相变完成时临界应变量的影响

利用形变强化相变机制研究了两种锰含量不同的低碳锰钢过冷奥氏体在780℃,以10s-1的速率变形时,锰元素对相变完成时临界应变量εc的影响。结果表明,锰元素对εc的影响很大,主要表现为对组织演变和转变动力学的影响。锰含量增加,主要推迟了相变过程的进行,εc增大。低碳锰钢过冷奥氏体形变强化相变组织演变和转变动力学都分为两个阶段:第一阶段对应着曲线上的斜率接近4,铁素体在原奥氏体晶界形核;第二阶段在曲线上表现n值减小,大约1.0-2.0,对应着铁素体在奥氏体晶内高畸变区大量反复快速形核,直至相变完成。锰含量增加,铁素体晶粒细化显著。

W-Ni-Fe系钨合金的形变强化与动态力学性能研究进展

形变强化能显著提高材料的力学性能,本文介绍了近十年来国内外在W-Ni-Fe系钨合金制备中最主要采用的旋转锻造强化和静液挤压强化技术的研究;以及在动态力学性能方面的研究。

碳含量对低碳锰钢形变强化相变完成时临界应变量的影响

利用“形变强化相变”机制研究了两种不同碳含量低碳锰钢(A钢,B钢)过冷奥氏体在780℃和750℃,以10 s-1的速率变形时,碳元素对相变完成时临界应变量cε的影响。结果表明:碳含量对cε的影响很大,主要表现为对组织演变和转变动力学的影响;碳含量增加延长了相变孕育期,cε明显增大;另外,碳含量增加,相变完成时铁素体晶粒尺寸明显减小。