高能喷丸表面纳米化对工业纯钛组织性能的影响

用高能振动喷丸法对工业纯钛进行了表面纳米化的研究。用X 射线衍射、光镜和透射电镜对表层变形层金相组织、晶粒尺寸、显微硬度进行分析。结果表明 ,具有密排六方晶体结构的工业纯钛经高能喷丸处理后 ,在表面可以形成具有一定厚度的纳米晶粒组织 ;随着高能喷丸时间的增加 ,表面层的晶粒尺寸变小 ,而表面硬度提高。     

高能喷丸表面纳米化对工业纯钦组织性能的影响

用高能振动喷丸法对工业纯钛进行了表面纳米化的研究。用X—射线衍射、光镜和透射电镜对表层变形层金相组织、晶粒尺寸、显微硬度进行分析。结果表明，具有密排六方晶体结构的工业纯钛经高能喷丸处理后，在表面可以形成具有一定厚度的纳米晶粒组织；随着高能喷丸时间的增加，表面层的晶粒尺寸变小，而表面硬度提高。     

高能喷丸表面纳米化对工业纯钛疲劳性能的影响

用高能喷丸技术对工业纯钛进行了表面纳米化处理,分析了表层组织和表层硬度,并通过与普通喷丸的对比实验,研究了两种喷丸方法对工业纯钛疲劳性能的影响.结果得出,高能喷丸使表层组织明显细化,得到了无明显特征的强烈塑性变形组织,表层硬度明显提高.但高能喷丸并没有使疲劳强度大幅度提高,甚至低于传统喷丸.断口分析中发现,在高能喷丸疲劳断口裂纹源处,能看到由于喷丸不当造成的表面深坑和微裂纹等表面机械损伤,这可能是高能喷丸表面纳米化比传统喷丸没有表现出更高疲劳强度的原因.     

纯钛高能喷丸表面纳米化后粗糙度的分析

通过高能喷丸方法（HSP）使工业纯钛获得约60μm的表面纳米层，并通过表面形貌仪对喷丸后表面粗糙度进行了测量，结果表明，纯钛表面HSP处理后，表面粗糙度增大，喷丸10min时粗糙度达到最大值，继续喷丸粗糙度降低，喷丸60min时粗糙度趋于稳定。喷丸时间60min时表面粗糙度对其疲劳性能的影响最小，表面纳米化效果最佳。     

工业纯钛纳米表层的透射电镜研究

介绍了一种制备表面纳米化样品的横截面透射电镜试样方法,利用该方法对经高能喷丸处理的工业纯钛进行了透射电镜观察与分析。结果显示:用改进的抛丸机,在合适的工艺参数下进行高能喷丸处理,在工业纯钛的表面得到了约10μm深的纳米层;晶粒尺寸由表及里逐渐过渡,纳米表层与基体间无明显的界面,表层晶粒大小在50nm左右,取向随机,为等轴状纳米晶。结果表明,该制样方法,克服了表面自身纳米化样品由于残余应力造成的弯曲变形,可以得到适合于透射电镜观察的横截面试样。     

高能喷丸对TC4焊接接头组织性能的影响

采用高能喷丸对TC4焊接接头进行表面纳米化处理,利用光学显微镜观察了焊接接头各区域的横截面微观组织,对各区域表层晶粒尺寸进行了X射线衍射分析、采用洛氏硬度计测量了表层各区域的硬度,利用应力仪测试其不同区域的残余应力,并对其进行了表征。结果表明,高能喷丸处理后在TC4焊接接头表面获得一定厚度的塑性变形层,经过高能喷丸处理,在强烈塑性变形作用下接头各区域表层晶粒尺寸均细化到纳米尺度。焊接接头三个区域的表面层硬度一致,且高于高能喷丸处理前试样的硬度;残余应力测试表明,经高能喷丸处理后焊接接头表层各区域均为残余压应力,高能喷丸实现了焊接接头表层组织和性能的均一化。     

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.     

SS400钢焊接接头表层组织纳米均一化及硬度均一化处理

采用高能喷丸技术以SS400钢焊接接头的表面层进行处理。利用XRD,TEM,SEM对处理后的表面层进行结构表征,同时测量了高能喷丸引起的硬度变化。结果表明,高能喷丸处理可使焊接接头的表面层形成尺寸均匀、取向随机分布的纳米晶;焊接接头三个区域的纳米层硬度一致,且远高于高能喷丸处理前样品的硬度,实现了SS400钢焊接接头区表层组织纳米均一化和硬度均一化。表面纳米化对材料表面的强化有着重要的贡献。     

工业纯钛焊接接头的表面纳米化及其性能

利用表面机械研磨法对工业纯钛焊接接头的表面进行处理，通过X射线衍射及透射电镜分析，表明经处理后的工业纯钛焊接接头表面晶粒尺寸达到了50nm左右，纳米化深度约30～40μm。显微硬度试验结果表明，经处理后样品表面的硬度有很大提高，焊缝和热影响区的硬度趋于一致。腐蚀试验证明工业纯钛焊接接头经表面纳米化处理，其耐盐酸腐蚀性能有所提高。     

文摘辑要

正纯钛空化水喷丸表面强化及空蚀损伤采用空化水喷丸技术对工业纯钛表面进行强化处理,研究表面强化机理及空蚀过程。通过显微硬度仪、光学显微镜对空化水喷丸后试样的表面硬度、显微组织、表面形貌和面粗糙度进行分析。结果表明:具有密排六方结构的纯钛经过水喷丸处理后,试样表面强化层有大量的变形孪晶和次生孪晶。试样表面硬度最大可提高118 HV,而表面粗糙度Ra仅为2.1μm,这说明空化水喷丸对纯钛表面的强化效果显著,而且表面损伤较小。在30 MPa水喷丸压力下,纯钛水喷丸最佳时间为80 min,强化效果最好。水喷丸后试样的强化表面可分为A、B、C 3个区域。A区表面空蚀最严重,空蚀坑小而密集,     

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.     

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.     

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。     

离子渗ZrN与喷丸复合对TC4合金疲劳行为的影响

为改善钛合金耐磨和抗疲劳性能,采用离子渗技术在TC4钛合金表面先渗Zr,再渗N形成梯度ZrN合金化层,并与喷丸强化(SP)后处理复合。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪和显微硬度计分析测试了改性层的组织结构和硬度沿层深的分布,探讨了改性层对TC4钛合金疲劳性能的影响规律和作用机制。结果表明,TC4钛合金离子渗层由ZrN-TiN复合相表层和富氮的Zr-Ti固溶体次表层组成,表面以ZrN相为主,其硬度较基材提高了3.2倍,合理强度的喷丸后处理未造成渗ZrN层表面明显损伤,并使表层硬度进一步增大,硬度沿层深呈现梯度递减分布。渗ZrN层明显降低了TC4合金的疲劳抗力,此归于ZrN-TiN层韧性低、表面粗糙度大。SP后处理则使渗ZrN的TC4钛合金疲劳抗力显著提高,不仅远高于TC4钛合金基材,而且远大于SP处理状态,原因归于复合处理引入了数值高、分布深的残余压应力场,并使表面粗糙度降低、组织改善,有效抑制了疲劳裂纹的萌生和扩展。     

内壁喷丸处理对TP304H耐热钢锅炉管抗水蒸汽氧化性能的影响

将经表面喷丸处理和未处理的TP304H钢管安装于锅炉再热器的高温段运行7474h后,对内壁氧化膜进行形貌观察、能谱分析和X射线衍射分析。结果表明,喷丸处理可大幅度提高TP304H钢的抗水蒸汽氧化性能,氧化膜的生长速率显著降低且氧化膜的粘附性提高。显微分析表明,氧化膜由双层结构转变为单一高Cr氧化膜层,外层Fe的氧化层消失。分析认为喷丸在管子内壁产生的剧烈形变引起晶粒细化和马氏体相变,在高温下促进了Cr向表面扩散及生成富Cr的氧化层。     

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。     

Influence of shot peening and thermal ageing treatment on resistance to intergranular corrosion in shielded metal arc weld metal for type 600 nickel base alloy

Shielded metal arc weld metal for type 600 nickel base alloy (alloy 182) is used for weld components in nuclear power plants. To evaluate the intergranular corrosion resistance of alloy 182 after application of shot peening and subsequent thermal ageing treatment at 593–793 K, we conducted the corrosion test (immersed in boiled 16% sulphuric acid +5.7% copper sulphate aqueous solution at 57.6 ks) using specimens of alloy 182. The results show that the intergranular corrosion resistance of alloy 182 subjected to heat treatment at 893 K for 72 ks was improved by shot peening. Also, the intergranular corrosion resistance was not changed by thermal ageing treatment at 593–793 K subsequent to shot peening. Because remaining chromium depletion layers along grain boundaries were still observed by transmission electron microscope (TEM) after shot peening, disappearance of chromium depletion layers cannot be a factor in the improvement of the intergranular corrosion resistance. The results of measurement of surface residual stress by the X-ray diffraction method show that the compressive residual stress introduced by shot peening still remained on the surface of the specimens. Based on these observations, we assumed that chromium depletion layers along grain boundaries near the surface were dissolved by the environment of the corrosion test, the dissolved regions were closed by the compressive residual stress on the surface, and then the remaining chromium depletion layers were protected from the corrosive environment. This assumption explains why the intergranular corrosion resistance was improved although chromium depletion layers remained.     

喷丸结合振动光整加工工艺对钛合金疲劳性能的影响

目的提高钛合金的疲劳性能。方法采用喷丸结合振动光整加工工艺对TC4钛合金进行了表面加工处理。对未加工试样、经过喷丸处理后的试样和经过喷丸与振动光整加工工艺处理后的试样,分别进行了表面粗糙度、表面层残余应力测试,并对三种状态下的试样进行了旋转弯曲疲劳试验。对比了不同工艺处理后试样的表面粗糙度、表层残余应力及疲劳强度。结果与喷丸工艺相比,采用喷丸结合振动光整加工工艺对试样进行处理后,试样的表面残余压应力值提高了39 MPa,残余压应力峰值、残余压应力层的厚度略有降低。喷丸结合振动光整加工工艺在不明显改变试样残余压应力场的条件下,使试样的表面粗糙度得到大幅降低。疲劳试验结果表明,喷丸工艺使TC4钛合金的疲劳强度提高了16.3%,喷丸结合振动光整加工工艺使TC4的疲劳强度提高了23.8%,比喷丸后TC4钛合金的疲劳强度高出7.5%。结论在喷丸工艺的基础上,喷丸结合振动光整加工工艺通过改善TC4钛合金的表面完整性,使TC4钛合金的疲劳强度得到进一步提高。     

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。