多道次超声纳米表面改性技术对304不锈钢表面完整性的影响研究

超声纳米表面改性(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification,UNSM)技术可在金属表面制备出表面完整性较好的强化层,该强化层可有效地提高金属材料的力学性能。探讨多道次UNSM技术对304不锈钢表面完整性的影响,同时获得性能优良的表面强化层。利用多道次UNSM技术对304不锈钢试样进行了表面强化处理,在材料表面制备出了不同深度的强化层。利用显微硬度计、X射线残余应力分析仪、三维形貌仪、金相显微镜,测试了试样的硬度梯度、残余应力梯度、组织梯度,以及表面形貌。结果表明,304不锈钢经过多道次UNSM处理后,晶粒尺寸明显细化,强化层的厚度随加工道次的增加而增加;与未处理试样相比较,UNSM处理2次后,试样表面的残余应力从-156 MPa达到-425 MPa,残余压应力深度达到0.7 mm,材料表面显微硬度从185 HV_(0.2)增大到350 HV_(0.2)。研究结果表明,UNSM技术可构筑出较深的强化层,但需要进行工艺优化。

超声纳米表面改性对316L不锈钢耐磨性能的影响

为了改善316L奥氏体不锈钢的耐磨性能,采用超声纳米表面改性(UNSM)方法,在材料表面制备梯度纳米结构(GNS)表层。利用硬度计、微纳米力学测试系统、高速X-射线残余应力分析仪和扫描电镜等对试样表层的硬度、残余应力和显微组织进行表征,研究了不同层深梯度纳米结构表层的耐磨性能。结果表明:经过UNSM处理后,316L不锈钢的表面存在晶粒细化;梯度纳米结构表层的厚度随着UNSM处理次数的增加而增加;与未处理样品相比,UNSM处理4次后,试样表面残余应力从-413 MPa达到-1193 MPa,表面显微硬度从306 HV_(0.2)增加到405 HV_(0.2);UNSM处理3次时样品摩擦系数最小。研究表明,超声纳米表面改性能显著改善316L不锈钢的表面性能,降低摩擦系数。

基于超声纳米表面改性的镁锂合金强化研究

为了得到超声纳米表面改性(UNSM)技术的工艺参数(静压力、移动速度和间距)对LA106镁锂合金表面性能指标(硬度、粗糙度和硬化层深度)的影响程度,采用显微硬度计和三维表面形貌测量系统分别测试LA106镁锂合金经UNSM处理后的显微硬度值和表面粗糙度;并结合显著性方法分析正交试验结果,利用多目标优化设计方法研究了不同UNSM工艺参数下的综合强化效果。结果表明:UNSM工艺参数对LA106镁锂合金综合强化效果影响程度由大到小的顺序为静压力、间距、移动速度;经过多目标优化设计,通过直观分析得到了UNSM处理LA106镁锂合金工艺参数的最佳组合:静压力0.3 MPa,移动速度1500 mm/min,间距0.05 mm,利用UNSM技术强化LA106镁锂合金时,主要应考虑静压力的影响。

超声纳米晶表面改性对选区激光熔化316L不锈钢微观结构和力学性能的影响

目的改善选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)316L不锈钢的表面完整性和力学性能。方法采用超声纳米晶表面改性(Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification,UNSM)这一新兴表面塑性变形方法对SLM 316L不锈钢进行超声冲击强化,利用维氏硬度计、扫描电镜、白光干涉仪、EBSD、XRD等对处理前后材料的表面完整性、微观组织演变和塑性变形行为进行表征和分析。结果经过UNSM处理后,SLM 316L不锈钢的微观缺陷明显减少,初始未熔合孔隙发生闭合,表面粗糙度Ra由5.374μm降至0.510μm,表面硬度从230HV增至461.16HV;同时,材料表层发生了剧烈的塑性变形,形变诱导材料微观组织从γ相向α相转变,微观结构由初始不规则柱状粗晶转变为等轴状细晶。从EBSD表征结果可知,在材料表面形成了深度约为20μm的梯度纳米晶,材料内部存在明显的不均匀变形;与初始SLM试样相比,通过UNSM处理在材料表面引入了最大为932 MPa的残余压应力。结论超声纳米晶表面改性能够显著改善SLM 316L不锈钢的表面完整性,形成较深的晶粒细化层和残余应力硬化层,从而有效提高其耐腐蚀性和疲劳抗性,是一项有前景的SLM后处理技术。

超声纳米晶体表面改性对304不锈钢显微组织和性能的影响

采用超声纳米晶体表面改性(ultrasonic nanocrystal surface modification, UNSM)技术对304不锈钢进行表面强化处理,研究UNSM对不锈钢微观组织和力学性能的影响。通过透射电子显微镜(TEM),电子背散射衍射(EBSD)等表征方法,分析处理前后304不锈钢的微观组织演变和塑性变形机制。利用白光干涉仪和显微硬度仪等手段,研究UNSM对材料表面粗糙度、显微硬度及残余应力的影响。结果表明:经UNSM处理后,304不锈钢表面发生严重塑性变形,导致位错密度增加,晶粒明显细化,并在近表面产生纳米细晶,形成约300μm深的硬化层。形变诱导奥氏体向马氏体转变,在表面引入约900 MPa的残余压应力,材料显微硬度从基材的238HV提高至511HV,表面完整性得到显著改善。