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SCM435表面改质新技术
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)

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