信息来源：世界金属导报2019-06-04B01 时间:2019-06-06 09:00:07
机械结构用合金钢被大量用于产业器材装置，是产业发展不可或缺的钢材。然而，这类钢材的使用环境越来越恶劣，因此，要求提高钢材的耐应力腐蚀裂纹性和疲劳强度。通常，为了满足这些要求，可以使用水射流喷丸（WJP：Water Jet Peening）技术。当WJP应用于存在拉伸残余应力的焊接部位或表面磨削面时，由于可赋予表面压缩残余应力，可以提高疲劳强度及耐应力腐蚀裂纹性。本研究在WJP技术基础上加入超声波（UC），开发了功能性空化技术（MFC）。MFC由于向从水射流（WJ）喷嘴生成的气泡照射超声波，使气泡内变得高温高压，因此不仅能赋予其压缩残余应力，还有利于提高其他性能。本研究中使用实施了MFC加工的Cr-Mo钢（SCM435H），确认在试样表面不仅有压缩残余应力，还明确了表层部位及表面以下的显微组织及力学性能。此外，还比较了传统的WJP和超声波（UC）加工的试样。
1 试验方法
试样为Cr-Mo钢，将试样以860℃固溶淬火后，600℃回火进行钢材的热处理。其后，将约3mm厚的板材切出45mm边长的正方形试验片。如图1所示，MFC加工是垂直于WJ喷嘴的射流方向安装超声波发射器，向水射流照射超声波。泵的排出压力设定为约35MPa，喷嘴直径φ0.8mm，喷嘴-试样间距65mm。超声波输出功率225W，标称驱动频率28kHz。测定方法为残余应力测定、硬度试验、光学显微镜（OM）和SEM。关于应力值符号，设拉伸残余应力为正，压缩残余应力为负。
2 试验结果
为了确认残余应力的变化情况，预先对试样表面进行强磨削，确认在磨削平行方向给予了拉伸残余应力（ 179MPa）。从磨削方向测定经各加工后的残余应力，MFC后 为-293MPa、
WJP后为-361MPa、UC后为-216MPa。这是由于表面受到空化塌陷压力的压缩向横向推挤产生塑性变形，而压缩残余应力是因为该塑性变形受到外围约束而产生的。这种塑性变形可使表面显著硬化。MFC和WJP后的试样从表面向厚度方向的硬度变化如图2所示。由图2可以观察到各加工后表面附近显著的表面硬化。这种硬化从表层部位到约0.5mm深度，这与压缩残余应力的分布一致。WJP后的试样在深度超过0.5mm后硬度下降。为了明确其原因，观察0.5-1mm深度的截面组织（图3）。确认在铁素体与珠光体接触的晶界处存在中空，此外，其他位置也可观察到大量中空。同样对WFC后的截面组织进行了观察，未能确认中空的存在，只在珠光体上观察到球状化的渗碳体。这表明，通过MFC加工，表面温度得以提高。 （子君）
