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【鋼管内抛機】高錳鋼在噴丸條件下的應變硬化

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【鋼管内抛機】高錳鋼在噴丸條件下的應變硬化

發布日期:2018-04-17 作者: 點擊:

鋼管内抛機

鋼管内抛機】高錳鋼作為一種傳統的耐磨材料,在重載、大沖擊磨損條件下,韌性高、耐磨性好,廣泛應用于冶金、礦山、建材、鐵路、電子、煤炭等機械裝備中,如破碎機錘頭、齒闆、軋臼壁、挖掘機鬥齒、球磨機襯闆、鐵路轍叉等。關于高錳鋼的應變硬化,前人提出過多種應變硬化機理。變形引起!或"馬氏體轉變[1]、孿晶硬化[2]位錯硬化[3~4]應變時效[5]等。這些結果是在拉伸或小能量沖擊條件下得到的。此外,文獻[6~8]作者發現,在沖擊磨損條件下,高錳鋼表面能夠形成納米晶及非晶。

本文旨在前人的研究基礎上,觀察高錳鋼在噴丸條件下的變形過程,探讨其應變硬化機理。

1、【鋼管内抛機】實驗方法

試驗采用的高錳鋼在150kg中頻感應電爐内熔煉,在達到一定的液态過熱溫度後出爐,澆注成Keel試塊。化學成分(wt%)為:1.15C、12.5Mn、0.90Si、0.05S、0.09P,其餘為Fe及少量其它殘存元素。試樣經1050℃加熱保溫2h,水淬後獲得單相奧氏體組織,晶粒尺寸大約100~200μm。噴丸樣品尺寸為40mm×75mm,采用氣動式S170R噴丸機進行噴丸處理,噴丸工藝的主要參數為:空氣壓力0.18MPa、直徑0.2mm的鑄鋼30球型彈丸、噴射角85°、噴射距離130mm、彈丸流量7kg/min、噴丸處理時間60min。

利用JEM-200CX透射電鏡(TEM)和JEM-3010型高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)觀測樣品噴丸表層的微觀組織。用MH-5顯微硬度測量儀測試樣品的顯微硬度,施加的載荷為0.49N,加載時間為10s。

2、【鋼管内抛機】實驗結果及讨論

為噴丸樣品橫截面光學顯微組織照片。表面以下約 30 μm 的深度範圍内, 變形的滑移線非常明顯, 說明已發生了嚴重的塑性變形。

為噴丸樣品的硬度沿厚度方向變化測量結果, 可以看出, 噴丸處理後樣品表面的硬度明顯增大, 并随着深度的增加而逐漸減小, 與顯微組織未發生變化的基體相比, 樣品表面硬度提高一倍以上。

在外加載荷的作用下, 在距離表面大約 200 μm 處的奧氏體粗晶内首先産生大量的位錯, 且位錯分布局部不均勻。 由于應變和應變速率的進一步增加, 不同孿晶系相互交割将晶粒分割成亞 μm 至 μm級的小塊。在極高的應變及應變速率條件下, 等軸狀納米晶已形成。晶粒尺寸細化至 3~8 nm, 晶粒的大小非常均勻。SAED 表明納米晶粒之間為大角度晶界。且SEAD的衍射環來自奧氏體相,表明噴丸處理過程中沒有發生馬氏體轉變。

在臨近無應變基體的過渡層(層深200μm) , 較少的應變量, 首先導緻了位錯的增殖和滑移。除了位錯滑移, 機械孿生是另一種塑性變形方式。随着應變和應變速率的增加位錯密度不斷增加, 當位錯滑移及交滑移受阻, 特别是當晶體相對于外力的取向不利于滑移時, 則産生應力集中, 當應力集中達到發生孿生變形的臨界剪切應力時, 将通過 Shockley 不全位錯( 1/6<112>) 運動形成機械孿晶[9]高錳鋼在應變和應變速率稍大的表面附近, 也存在孿生變形( 見圖 5) 。 噴丸樣品沒有發現馬氏體産生。因此可以确定樣品硬度顯著提高主要是由于表層晶粒細化、位錯密度的增加及孿晶。

3、【鋼管内抛機】結論

( 1) 利用傳統噴丸處理工藝可以在高錳鋼上獲得一定厚度的納米晶結構表層。由表面到約20μm深度形成納納米晶。

( 2) 奧氏體粗晶内部通過位錯增殖、湮滅和重組, 位錯纏結逐漸向位錯胞過渡。晶粒在位錯運動和機械孿生的重複作用下, 最終形成等軸狀、取向呈随機分布的納米晶組織。

( 3) 噴丸處理高錳鋼表層明顯強化。 随層深的減小硬度急劇增加。樣品表層的加工硬化主要是由于晶粒細化、位錯硬化和孿晶硬化, 而與相變硬化無關。


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