316L不锈钢表面纳米化后的低周疲劳性能研究
纳米晶体材料具有独特的结构特征(晶粒尺寸很小，界面所占比例高)，使其具有一系列优异的力学及物理化学性能，利用纳米金属材料的优异性能对传统工程金属材料进行结构改良，将可能提高工程材料的综合力学性能及服役寿命。众所周知，材料在使用过程中所受的疲劳破坏，在大多数情况下是从材料的表面开始或受材料表面性能控制，如果在材料的表面制备出一定厚度性能优异的纳米结构表层，即实现表面纳米化，就可以通过表面组织性能的优化来提高材料的综合力学性能及环境服役行为。近年来，表面纳米化已引起国内外学者的广泛关注，被认为是今后几年内纳米材料研究领域最有可能取得实际应用的技术之一。目前表面纳米化的研究还处于起步阶段，国内外学者对低炭钢、铝合金、工业纯钛等金属材料表面纳米化的相关性能(如力学性能、摩擦磨损性能、抗腐蚀性能等)做了较多的研究工作，但目前对材料表面纳米化的疲劳性能研究工作还很少。 本文在中国科学院金属研究所刘刚等通过利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试技术对超声喷丸诱导的316L不锈钢表面纳米化后样品的微观结构特征进行测试分析的基础上，对表面纳米化的微观机理进行了进一步的探讨；同时，采用经超声喷丸处理16分钟后在表面己形成了纳米晶组织的316L不锈钢试样和未表面处理的316L不锈钢试样为实验材料，通过对比拉拉疲劳试验，运用数理统计学的方法分析研究了表面纳米化处理对316L不锈钢的疲劳性能的影响，并就表面纳米化对疲劳性能的影响机理进行了初步分析探讨。 研究结果表明，超声喷丸表面纳米化处理可以有效地提高316L不锈钢的疲劳寿命，有95％的把握说，经16分钟超声喷丸表面纳米化处理的316L不锈钢板的中值疲劳寿命是原始状态未表面纳米化处理钢板的中值疲劳寿命的1.09～1.62倍。对其影响机理分析认为：超声喷丸处理在表面所形成的残余压应力对其疲劳寿命的提高起到了非常重要的作用；晶粒细化的纳米强化表层对提高材料的滑移抗力，阻碍微裂纹的扩展和联接，延长疲劳寿命也起了重要的作用；超声喷丸处理后，表面粗糙度的增加对疲劳寿命有一定的降低，但其影响程度要小于残余压应力和纳米强化层对疲劳寿命的提高；通过对疲劳断口的扫描电镜观察，分析疲劳断裂行为，认为表面纳米强化层对抑制疲劳裂纹扩展，提高疲劳寿命起到一定的作用。
- 作者：
- 韩同伟
- 学位授予单位：
- 贵州大学
- 专业名称：
- 固体力学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2006年
- 导师姓名：
- 钟蜀晖
- 中图分类号：
- TG115.57；TG142.71
- 关键词：
- 表面纳米化；超声喷丸；316L不锈钢；低周疲劳性能
- Surface nanocrystallization；Ultrasonic shot peening treatment；316L stainless steel；lowcycle fatigue properties