超音速微粒轰击时间对Ni-W-Co-Ta合金组织和性能的影响

采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对冷轧态Ni-W-Co-Ta合金进行表面纳米化处理,系统研究了恒定气体压力(1.0 MPa)条件下SFPB时间对冷轧态Ni-W-Co-Ta合金的表面完整性、微观组织及力学性能的影响。结果表明:SFPB处理后,新型Ni-W-Co-Ta合金表层形成一定厚度的梯度纳米结构,随着SFPB时间的延长,合金表面晶粒尺寸可细化至9.74 nm左右,相应的形变层深度、力学性能(强度、残余压应力、显微硬度)均呈现出增大趋势;当SFPB时间为120 s时,合金表面粗糙度最小的同时其力学性能指标达到峰值;SFPB时间继续增加至150 s后,合金表面出现数量众多的微裂纹,残余压应力松弛的同时相应的力学性能有所下降;SFPB处理前、后新型Ni-W-Co-Ta合金的伸长率无明显变化,断口形貌均呈现出典型的韧-脆混合型断裂特征。

超音速微粒轰击气体压力对TC11钛合金显微组织和力学性能的影响

借助超音速微粒轰击(SFPB)对片层组织的Ti−6.5Al−3.5Mo−1.5Zr−0.3Si(TC11)钛合金进行表面纳米化处理,并系统研究SFPB气体压力对其表面完整性、显微组织演变和力学性能的影响规律。结果表明,在不同SFPB气体压力下,TC11钛合金表层均已形成梯度纳米结构。表层片层组织晶粒尺寸完全碎化至纳米量级,且纳米晶晶粒尺寸随着气体压力的增大而减小,而次表层组织仍保留原始片层形貌。经1.0 MPa处理后,表面粗糙度最小,在1.5 MPa时表面形成微裂纹,表层残余压应力下降。随着SFPB气体压力的增大,表层显微硬度及硬化层深度逐渐增加,屈服强度、抗拉强度增加,而伸长率变化不大,断口形貌从典型的韧性断裂向准解理和韧性混合型断裂转变。

超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面纳米化与摩擦磨损性能的影响

目的利用超音速微粒轰击对GCr15SiMn轴承钢表面进行强化处理,并研究超音速微粒轰击对材料表层组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。方法采用三维显微形貌仪、透射电镜、背散射电子仪、扫描电镜、X射线残余应力分析仪、显微硬度仪等仪器观测GCr15SiMn轴承钢强化前后的微观组织、表面粗糙度、力学性能,并使用UMT-2摩擦磨损试验机对试样强化前后的摩擦磨损性能进行检测。结果经过超音速微粒轰击强化处理的GCr15SiMn钢试样的表面粗糙度增加,表层结构发生严重的塑性变形,形成约20μm厚的塑性变形层,片状马氏体细化至纳米级,平均晶粒尺寸约为13 nm,碳化物平均粒径由0.48μm减小到0.45μm,数量增加了约18%。试样表层引入了300μm的硬化层,表面硬度从740HV0.05提高到了996HV0.05,距表面10μm处出现硬度最高值为1056HV0.05,硬度提高了42.7%。试样引入深度为60μm的残余压应力层,样品表面残余应力为-1246MPa左右。经过超音速微粒轰击后,强化试样平均摩擦因数略高于原始试样,而磨损率得到了大幅度降低,磨损机理主要为磨粒磨损,伴有少量的氧化磨损和黏着磨损。结论经过超音速微粒轰击的GCr15SiMn轴承钢表面粗糙度增加,表层晶粒细化至纳米级;表层构建了残余应力层和硬化层;强化引入的残余应力和因强化处理引起的加工硬化、细晶强化改善材料的耐磨性。

超音速微粒轰击金属表面纳米化新技术

对金属材料表面纳米化作了扼要阐述,着重介绍一种适合于大面积与复杂形状金属构件自身表面纳米化的新技术——超音速微粒轰击技术,并介绍了金属在超音速微粒轰击下晶粒纳米化的原理和装置结构以及应用前景。

超音速微粒轰击45钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术（SFPB）对由铁素体和珠光体组成的45钢进行表面纳米化处理,在材料表面制备了纳米结构表层,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析技术研究了表面纳米结构层不同深度的微观组织结构特征.研究表明：经SFPB处理后,材料表层发生了严重的塑性变形,形成了由铁素体和渗碳体组成的纳米结构层;随着处理时间的增加纳米结构层的厚度由几微米增加到15μm（晶粒尺寸〈100 nm）;在材料的最表层形成了晶粒尺寸约15 nm的具有随机取向的等轴晶,纳米晶粒尺寸随着距表面距离的增加增大;在距表面约为15μm处,存在平均晶粒尺寸约100 nm的等轴晶和具有相近尺寸的胞状结构;在约30μm处,大量的高密度位错墙分别将铁素体相和珠光体相分割成尺寸在200~500 nm的胞状结构.分析表明45钢表面纳米化主要是位错运动的结果.

超音速微粒轰击表面纳米化及其对耐磨性的影响

采用超音速微粒轰击技术对20钢进行表面纳米化处理。研究了表面纳米化工艺对材料流失与形貌变化的影响,并采用往复磨损试验机研究了纳米化表面的磨损性能。结果表明:超音速微粒轰击在表面形成纳米层过程中使材料发生流失和表面粗糙度增大。在干摩擦和油润滑条件下,微粒轰击样品的磨损率分别是未轰击样品的2.77和1.83倍,轰击抛光样品的磨损率则比未轰击样品分别降低了26%和42%。对其影响耐磨性的原因作了初步讨论。

超音速微粒轰击38CrSi钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术（Supersonic Fine Particles Bombarding，SFPB）对调质态合金钢38CrSi进行表面纳米化处理；利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等分析技术研究不同工艺条件下表面纳米化层的微观组织结构特征。结果表明：经SFPB处理后，材料表层组织严重细化，并形成了纳米结构层（晶粒尺寸〈100nm），随处理时间的延长，最表面纳米晶的尺寸变化不大，纳米结构层的厚度有所增加；当处理时间为240s时，在最表面层形成了平均晶粒尺寸约为16nm的具有随机取向的等轴纳米晶。纳米结构层的晶粒尺寸随着距表面距离的增加而增大。在距表面约25μm处，存在着大量的由位错线和高密度的位错缠结分割的胞块，尺寸为80～100nm；分析表明位错运动是表面纳米化的主要原因。

超音速微粒轰击0Cr18Ni9钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对0Cr18Ni9钢进行表面纳米化;利用金相显微镜(OM)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究表层的组织结构变化,并进行了显微硬度测试分析。结果表明,经SFPB处理后,形成了约30μm厚的纳米层,样品表层发生应变诱导马氏体相变;孪晶形变是0Cr18Ni9钢表面纳米化过程的主要变形方式;表面纳米化是晶粒细化与马氏体相变共同作用的结果,与基体相比,SFPB处理后材料的表层硬度显著提高。

超音速微粒高能轰击16MnR钢表面纳米化的研究

采用冷气动力超音速微粒高能轰击技术对16MnR低合金钢表面进行处理,利用扫描电镜、透射电镜和X衍射方法对基体表面的微观形貌和结构进行分析。试验结果表明:试样经过超音速微粒轰击处理后可以使表层晶粒细化至纳米量级,平均晶粒的尺寸为14.2nm;处理后表层主要产生压应力;处理后表层的显微硬度增加。

超音速微粒轰击粘结层对热障涂层抗氧化性能的影响

较长时间高温氧化,会使金属粘结层与热生长氧化物界面处贫铝,造成热喷涂陶瓷层失效。对金属粘结层进行超音速微粒轰击,可以增加铝扩散的浓度梯度,提高热障涂层的抗氧化能力。采用等离子喷涂(APS)在镍基高温合金GH99上制备了热障涂层,并对粘结层进行了超音速微粒轰击处理,研究了该处理工艺对粘结层显微结构及高温氧化行为的影响。结果表明:APS热障涂层经1050℃、96h氧化后,热生长氧化物层产生大量非保护性混合氧化物;超音速微粒轰击工艺使粘结层表层区域产生大量位错等缺陷,涂层经1050℃、3h氧化后进入稳态氧化期,同时出现Al在粘结层表层的富集,经1050℃、196h氧化后粘结层无加速氧化趋势,热障涂层的抗高温氧化性能得到提高。

超音速微粒轰击后40Cr钢表面的组织与性能

采用超音速微粒轰击技术对退火态40Cr钢进行表面处理，利用显微硬度仪、光学显微镜和透射电子显微镜对材料表层进行观察和分析。结果表明：材料表面形成厚度60μm的变形层，硬度在距表面一定距离处达到最高（530HV）；在距离表面50-60μm范围内，铁素体中形成大量晶界，将铁素体晶粒分割细化；而此处的珠光体中渗碳体发生强烈弯折但没有断裂，表明渗碳体在这种情况下可以发生塑性变形。

超音速微粒轰击对Q355NH耐候钢表面结构及电化学腐蚀性能的影响

利用超音速微粒轰击(SFPB)技术在Q355NH耐候钢表面制备了梯度纳米结构层。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度仪表征并分析了SFPB处理时间(15 min、30 min和45 min)对试验钢微观组织及电化学腐蚀行为的影响。结果表明,随着SFPB处理时间增加,试样表面强烈塑性变形层厚度相应增加,表面晶粒尺寸分别为27.5 nm、24 nm和23.1 nm,表面硬度呈现不同程度地增加。试样的耐电化学腐蚀性能强弱与处理时间的关系如下:15 min试样>未处理试样>30 min试样>45 min试样。从表面腐蚀形貌可以得出,处理15 min的试样表面保护性的钝化膜较为致密,而其他不同状态下的试样钝化膜则相对出现一些裂纹和孔洞。

超音速微粒轰击40Cr钢的摩擦学性能

利用超音速微粒轰击技术(SSPB)对退火态40Cr钢进行表面处理。研究SSPB处理后材料在液体石蜡和含0.30%的二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡润滑下的摩擦性能,并与未轰击处理样品和轰击后抛光样品在相同润滑条件下的摩擦性能进行比较;利用扫描电子显微镜观察了摩擦实验后的表面形貌。结果表明,在2种润滑条件下的3种样品中,轰击后抛光样品的摩擦性能最好,未轰击样品次之,轰击处理样品的摩擦性能最差;在相同载荷下,LP润滑时试样的磨损量大于含ZDDP的LP润滑时的磨损量;扫描电子显微镜的磨损形貌分析与磨损实验结果相吻合。

40Cr钢超音速微粒轰击处理后干摩擦性能研究

利用超音速微粒轰击技术对退火态40Cr钢的表面进行处理,研究轰击后表层的微观结构、显微硬度以及处理后材料表面的干摩擦性能,作为对比,同时研究未轰击40Cr钢以及轰击后抛光样品的干摩擦性能,利用扫描电子显微镜观察干摩擦实验后的表面形貌。结果表明,轰击后样品表面制备出纳米表层;随距离表面距离的增加,显微硬度先增加后减小;3种样品中,轰击后抛光样品的干摩擦性能最好,轰击处理样品次之,未轰击样品干摩擦性能最差,扫描电镜的干摩擦形貌分析与干摩擦实验结果相吻合。

超音速微粒轰击40Cr钢工艺优化设计

超音速微粒轰击技术(SSPB)可以在金属材料表面施加强烈塑性变形,在材料表面制备纳米结构表层。利用正交设计的原则,对影响纳米化的几个主要参数进行优化设计,分析了各参数对轰击处理试样弧高的影响,得到了优化的工艺参数,并通过金相观察轰击处理试样的横截面,以及测试试样表面的粗糙度,分析了各参数对粗糙度的影响。

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。

超音速微粒轰击对TC11钛合金组织和疲劳性能的影响

采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对层片组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理,对比研究了表面纳米化处理前、后TC11钛合金的室温高周疲劳行为;借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对比分析了高周疲劳断口及断口附近的微观组织形貌。结果表明:经SFPB处理后在钛合金表层产生了30~50μm厚的纳米层,纳米晶尺寸在5~15 nm左右;疲劳性能得到明显提高,在相同应力级别下的疲劳寿命提高了约8~10倍,疲劳条带宽度变窄,且随着加载级别的降低,疲劳寿命提高的倍数逐渐增加;SFPB前、后疲劳断口均由疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区三部分组成,但SFPB处理后的疲劳源由处理前的表层移至次表层;SFPB处理态试样疲劳加载后表层组织仍为纳米量级,但次表层组织中出现大量的形变孪晶、位错缠结以及少量的形变诱导马氏体组织。

超音速微粒轰击表面纳米强化多通道喷嘴气固双相流的数值模拟

采用气固双相流模型(离散相模型)研究了超音速微粒轰击表面纳米强化多通道耦合喷嘴的流场,通过计算,分析了气固两相速度场以及固体颗粒在气体流场中的轨迹。模拟结果发现,气体—颗粒双相射流中,气固两相射流速度均可以达到超音速,而且颗粒相的分散度小于气体,粒径小于5μm的颗粒相其分散度随颗粒粒径增大而减小,大于5μm的颗粒相其射流分散度基本稳定,颗粒相粒子集中在各通道射流中心线附近。最佳表面纳米强化处理距离在120 mm附近。模拟结果有助于设计面向大规模表面纳米强化处理应用的多通道耦合喷嘴。

超音速微粒轰击诱导表面纳米化对300M钢腐蚀疲劳行为的影响

300M钢因其具有超高强度和优异塑韧性,常作为起落架的首选材料。但其在“高温、高湿、高盐”的海洋服役环境下易发生腐蚀疲劳失效,而表面强化可以有效提高其抗腐蚀疲劳性能。本工作采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对300M超高强度钢进行表面纳米化处理,系统研究了SFPB对300M钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀疲劳行为的影响规律,并对300M钢腐蚀疲劳后的表面形貌、微观组织演变和残余应力松弛进行表征。结果表明,300M钢经SFPB后表层晶粒细化至纳米级,形成梯度纳米结构的同时还存在着高幅值残余压应力。在相同的加载应力水平下,SFPB有效提高了300M钢的腐蚀疲劳寿命。腐蚀疲劳后300M钢表层晶粒尺寸仍处于纳米量级,加载应力水平的增加使次表层位错密度显著增加的同时形变孪晶数量增多。在腐蚀疲劳过程中,300M钢表层由于SFPB诱导产生的残余压应力发生不同程度的松弛现象,残余应力松弛程度随着加载应力水平的增加而明显增加。

孪晶界对TiAl合金超音速微粒轰击影响的分子动力学模拟

TiAl合金因具有低密度、高比强度、高温抗氧化性等性能成为航空航天等领域最具潜力的高温轻质结构材料之一,但其具有本质脆性,在成型过程中易引入微裂纹、孔洞等缺陷,严重影响了其力学性能。超音速微粒轰击是新型表面改性技术之一,利用该技术研究了不同孪晶界数量和位置对TiAl合金力学性能和变形行为的影响。结果表明:不同孪晶界数量模型的屈服强度随孪晶界数量的增大而降低;孪晶界位置距模型上表面越近,材料屈服强度越低;随着孪晶界数量的增加,孪晶对位错运动的阻碍越明显,模型轰击后表面的塑性变形程度也越大,材料更易发生断裂;孪晶距离材料上表面越近,孪晶对位错生长的抑制越明显,进而影响材料强度;模型变形失效是位错与位错、位错与孪晶及其它缺陷共同作用的结果。