液氮环境下表面机械研磨处理对纯铜的影响

使用表面机械研磨处理(surface mechanical attrition treatment,SMAT)在液氮环境中分别对退火态铜板进行30、60 s及120 s的加工处理.通过对样品进行准静态拉伸测试发现SMAT样品的屈服强度相较于退火态纯铜均提升了2-5倍,其中SMAT 60 s样品的屈服强度相比于退火态纯铜提高了211.3%,而其均匀延伸率仍可保持在24.6%.结合硬度测试和金相观察,发现处理过后的样品从表面到芯部形成了明显的梯度结构.综合结果表明在60 s SMAT处理后的样品具有最佳的强度-延展性匹配关系.

表面机械研磨处理对N80套管钢低温渗铝层的影响

通过表面机械研磨处理(SMAT),采用低温渗铝剂在470℃的相对低温下对N80套管钢进行2h粉末包埋渗铝。分别采用金相显微镜、显微硬度仪、扫描电镜、能谱仪等分析了SMAT对N80套管钢金相组织、渗铝层微观结构和断面元素分布、渗铝套管钢的显微硬度及表面腐蚀形貌的影响。结果表明SMAT90min后,可以在N80套管钢表面形成厚度约为50μm的变形层,变形层内晶粒尺寸明显减小,N80套管钢基体硬度在变形层深度范围内明显提高;与原始N80套管钢渗铝层相比,SMATedN80套管钢渗铝层表面致密,渗层连续,厚度较大,显微硬度增加更为明显。因此,SMAT可以增加N80套管钢低温渗铝层的厚度,改善渗铝层的结构,提高渗铝层对基体的腐蚀防护能力。

表面机械研磨处理5182铝合金的组织和力学性能研究

5182铝合金经过表面机械研磨处理(SMAT),可以克服铝合金表面性能的不足,提高铝合金材料整体性能,延长使用寿命。采用X-射线衍射仪(XRD)及显微硬度、单轴拉伸等测试方法,研究了使用表面机械研磨处理后5182铝合金的显微组织和力学性能特征。经过SMAT处理后的5182铝合金,其表面晶粒细化至纳米级,且沿试样表面到芯部方向形成纳米梯度结构;其板材的整体硬度都有一定的提高,且沿板材试样表面到芯部方向形成了梯度下降的状态;随着表面机械研磨处理时间的增加,5182铝合金的抗拉强度和屈服强度强度也随之提升,但在一定程度上牺牲了合金的塑性。

有色金属及合金表面机械研磨处理的研究进展

介绍了表面机械研磨处理(SMAT)的原理和设备,概括了有色金属及合金经SMAT处理后的组织结构特征和晶粒细化机制。综述了近年来有色金属及合金的SMAT研究进展,分析了其对有色金属及合金的拉伸性能、耐磨性能、腐蚀性能和疲劳性能的影响,展望了该技术的应用前景和发展方向。

表面机械研磨处理对Cu-10wt%Ni合金组织及性能的影响

对Cu-10%(质量分数)Ni合金进行表面机械研磨处理,采用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度测试仪等对处理不同时间样品的组织及性能进行了分析。结果表明表面机械研磨处理后,Cu-10%(质量分数)Ni合金实现了表面纳米化。处理时间30min时,表面晶粒尺寸为42.92nm,随着处理时间的延长,晶粒逐渐细化,强烈变形层逐渐增厚。表面机械研磨90min时,样品表面附近平均晶粒尺寸达到最小约为31.03nm,平均应变为0.0828%。处理时间120min时,表面显微硬度达到228MPa,是基体组织的1.52倍。

表面机械研磨处理对X80管线钢焊接接头组织与性能的影响

采用表面机械研磨处理(SMAT)技术对X80管线钢焊接接头进行了30,60及90 min表面纳米化处理,分别采用光学显微镜、X射线衍射仪、表面粗糙度仪及显微硬度计等研究了SMAT不同时间后X80管线钢焊接接头的显微组织、晶粒尺寸、表面粗糙度及显微硬度的变化。结果表明:SMAT不同时间后均可在X80管线钢焊接接头表面获得一定厚度的塑性变形层,且随着SMAT时间的延长,塑性变形层厚度逐渐增加,实现了焊接接头的表面纳米化(组织均匀化);SMAT可以显著提高焊接接头表面的显微硬度,使显微硬度沿深度呈梯度分布;SMAT还可改善焊接接头表面粗糙度,随SMAT时间的延长表面粗糙度逐渐减小。

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40～50μm之间的硬度明显增大。

表面机械研磨处理后H13钢的等离子渗硼研究

为了提高热作模具钢H13的性能,延长模具的使用寿命,本试验将表面机械研磨(SMA)处理与等离子渗硼相结合。通过显微金相技术、扫描电子显微分析技术(SEM)、X射线衍射分析技术(XRD)以及辉光放电发射光谱技术(GDOS)分别对H13钢渗硼后的渗层厚度、表面相组成以及元素逐层分布情况进行了探讨。研究结果表明在650℃×3h等离子渗硼处理后,纳米化表面便有Fe_2B相出现,次表面为扩散层,总渗入深度为30μm左右;在700℃×3h条件下,出现了Fe_2B和FeB的双相组织。而对于原始表面,在650℃×3h处理后表面没有任何硼化物出现,只产生了一定的扩散层。最终提出了表面纳米化之后实施低温渗硼的新型工艺。

表面机械研磨处理对镁合金AZ80组织和性能的影响

对轧制态AZ80镁合金板材进行了表面机械研磨处理。借助显微组织观察、拉伸性能测试、硬度测试、摩擦磨损测试等方法,研究了机械研磨处理对AZ80镁合金组织和性能的影响。结果表明,AZ80镁合金经3 min的表面机械研磨处理后,表面形成了85μm的超细晶层,晶粒大小从表层到中心呈梯度变化分布。抗拉强度提高了17.0%,屈服强度提高了26.4%,伸长率降低了47.7%,表层硬度提高了53.2%,硬度影响区域400%μm。与原始试样相比,载荷小于30 N时,经表面研磨处理试样的耐磨性能更好;载荷大于30 N以后,表面研磨处理试样的磨损性能反而更差。

表面机械研磨处理对HCP结构金属镁表面纳米化过程的影响

采用XRD、OM、SEM,研究了不同尺寸弹丸和研磨时间的表面机械研磨处理对典型HCP结构金属镁表面纳米化过程的影响。结果表明：表面机械研磨处理中弹丸尺寸的增大促进纯镁表面纳米化效果,随着弹丸尺寸的增大,试样纳米层增厚,纳米晶粒尺寸减小。在直径为8 mm弹丸的作用下,纯镁表层择优取向面发生变化,由原来的（101）晶面择优变为（101）和（002）晶面择优,弹丸尺寸增大,可促进晶粒取向更加均匀、取向分布更为随机。随着研磨处理时间的增长,试样纳米层增厚,纳米晶粒尺寸减小。当直径8 mm弹丸表面机械研磨时间从15 min增加到30 min,试样纳米层厚度由35μm增加到40μm,纳米晶粒尺寸从40 nm降低到36 nm。

表面机械研磨处理的纯铜拉伸形变机制

采用扫描电镜电子通道衬度技术(SEM-ECC)研究了表面机械研磨处理(SMAT)铜表面在室温拉伸的形变特征.结果表明:剪切带是纳米晶层、亚微晶层以及由位错胞组成的过渡层的共同形变特征,在不同的结构表层,剪切带的形貌略有差别.纳米晶层和亚微晶层内的剪切带主要为沿平面界面剪切滑动的结果,而过渡层的形变主要是以SMAT处理前的初始晶粒为单元发生的,剪切带的形成基本符合晶体学规律.

表面机械研磨处理对纯铜棘轮行为的影响:宏微观试验与本构模拟

目的通过金属表面纳米化试验机制备出梯度结构纯铜,提升纯铜材料的疲劳寿命,并揭示其背后的机理。方法通过系统的宏观力学性能测试、微观组织表征以及本构模拟探究了表面机械研磨处理(Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT)对T2纯铜棘轮行为的影响。结果循环变形试验结果表明SMAT纯铜样品的循环失效圈数明显多于未处理纯铜样品的循环圈数,且SMAT纯铜样品在循环过程中的累积塑性变形明显小于未处理纯铜样品的累积塑性变形,即棘轮应变明显小于未处理纯铜样品的棘轮应变。电子背散射衍射(Electron Back Scattered Diffraction,EBSD)和X射线衍射分析(X-Ray Diffraction,XRD)表征发现:经过SMAT后,材料的晶粒尺寸均呈现由处理表面到材料芯部逐渐减小的梯度分布。且SMAT时间越长,样品的总位错密度越大。此外,基于应变梯度塑性理论模型对SMAT前后纯铜的单拉及循环变形响应进行了有限元模拟,模拟结果显示累积塑性应变沿深度方向(SMAT冲击方向)呈梯度分布,最大几何必需位错密度以及最大等效应力均出现在模型的次表层。同时,当模拟的循环圈数相同时,代表SMAT样品的梯度结构模型的棘轮应变明显低于代表未处理样品的均匀模型的棘轮应变。结论循环变形试验结果表明SMAT对于T2纯铜的棘轮应变有抑制作用,有限元模拟进一步揭示了SMAT对于棘轮应变的抑制效应以及背后的机理。

表面机械研磨处理对镁合金AZ80组织与性能的影响

对挤压态AZ80镁合金板材进行不同时间的表面机械研磨处理，通过显微组织观察、硬度测试、低周期疲劳试验等方法，研究了不同表面机械研磨处理对AZ80镁合金组织与性能的影响。结果表明，经2、4、6min表面机械研磨处理的AZ80镁合金，从表面到芯部形成了厚度为130、t70和200μm的变形层，并有大量孪晶产生，孪晶分布密度随表面机械研磨处理时间的增加而增加。经2、4、6min表面机械研磨处理的合金表面硬度分别提高了13．9％、34．2％和35．4％。在应变0．64％的条件下，表面机械研磨2、6min的疲劳寿命分别提高了50％和90％。

机械研磨金属表面纳米化的研究进展

在表面机械处理(SMAT)方式下,材料表面可以通过强烈塑性变形而实现纳米化,获得表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度结构。表面纳米化可以使材料表面硬度提高且整体力学性能得到改善。同时材料表面活性得到极大地提高,为进一步化学处理提供良好的条件。从SMAT的基本原理、制备技术、纳米化机理、结构性能和化学处理等方面介绍了表面机械纳米化研究工作已取得的进展。

表面机械研磨/异步轧制无取向硅钢薄带的渗硅行为

对w(Si)=3%无取向硅钢进行表面机械研磨处理(SMAT)和异步轧制(CSR),获得表面纳米结构,再进行550～650℃、4 h固体粉末渗硅处理,用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究表层组织演变。结果表明:经过SMAT后,w(Si)=3%无取向硅钢表面形成了等轴状、取向呈随机分布的、晶粒尺寸为10 nm的纳米晶组织;异步轧制后,表面纳米晶组织保持不变;550～650℃、4 h渗硅处理后,SMAT+CSR样品表面形成化合物层,其厚度随着温度的升高由17μm增加到52μm;化合物层由Fe3Si和FeSi相组成.

表面机械研磨诱导纯铝表层纳米化

对纯铝(高层能金属)进行表面机械研磨处理(SMAT),在试样表面形成纳米层。利用透射电子显微镜(TEM)对表面层的微观结构进行了表征。实验结果表明,晶粒细化的主要微观特征为:在原始晶粒和细化晶粒内部形成位错缠结(DTs)、位错胞(DCs)和高密度位错墙(DDWs)、亚晶、显微带(MBs)、层状结构,并随着应变和应变速率的进一步增加,逐渐在表面形成随机取向的纳米晶。分析可见,高应变速率和高应变是形成纳米晶的必要条件。

表面机械研磨对5083铝合金显微组织和力学性能的影响

以传统冷轧、连铸连轧两种5083铝合金板材为研究对象,通过显微组织观察、拉伸性能测试、硬度测试,研究了不同时间的表面机械研磨处理对5083铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：5083铝合金经不同时间（0.5、1、3、5 min）表面机械研磨处理后,合金表面形成了60～100μm厚的梯度纳米结构表面层,此结构表面层与原始基体连接紧密,无明显界限。经表面机械研磨处理后,5083铝合金的屈服强度和抗拉强度有所增强,塑性有所下降。连铸连轧5083铝合金试样表面经机械研磨0.5 min时,抗拉强度和屈服强度分别提高了1.4%和41.6%,伸长率降低了37.5%。

机械研磨处理对LY2硬铝合金高温力学性能的影响

研究了机械研磨处理对LY2硬铝合金高温力学性能的影响。结果表明,机械研磨处理后,铝合金表层呈高幅值残余压应力状态。并且随着研磨时间的增加,残余压应力逐渐增大,晶粒逐渐细化。随着拉伸温度的升高,LY2硬铝合金抗拉强度及屈服强度均降低,而合金伸长率则增大,拉伸断口上韧窝尺寸变大变深,表明合金塑性得到改善。

表面机械研磨纳米化GCr15钢摩擦磨损性能研究

利用表面机械研磨处理(SMAT)技术对GCr15钢制备了纳米结构表层。通过X射线衍射及透射电镜分析了其组织结构,利用UMT—2M型摩擦磨损试验机测试了GCr15钢处理前后的摩擦磨损性能。分析结果表明,试验中处理时间为15 min是提高其摩擦磨损性能的最佳工艺条件。磨痕形貌的扫描电镜观察表明,随着磨损深度的增加,主导磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。