对347不锈钢在喷丸加工的表面改性

文摘

塑性变形,如通过喷丸试样表面,是一种有效的方式来改善金属的力学行为。一般来说,扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)是常用的观察复杂的微观结构的演进,如晶粒细化和相变,引起的表面处理。在这工作,347不锈钢的微观结构,超声喷丸(USP)治疗后,被调查。SEM、EBSD、透射电子显微镜和x射线衍射是用来观察显微结构的演进,晶粒细化和相变等。USP治疗后变形深度约为200μm。在处理表层晶粒尺寸约为100纳米,有两个阶段:奥氏体α′马氏体。奥氏体的百分比α′马氏体阶段分别为54%和46%,分别构成的精确表达程度的塑性变形奥氏体不锈钢。

1。介绍

奥氏体347不锈钢展品极好的延展性和用于应用程序需要良好的成形性,如炉管在石化行业的形成,主要是由于其耐蚀性和机械强度。这种不锈钢稳定的铌(Nb),从而防止sensitization-related腐蚀故障以及操作和维护的错误可能导致过早失效(1]。退火后,软奥氏体结构,这将被转换成α′马氏体在随后的操作,如冷加工和冷冻治疗。这些钢表现出良好的成型性能、强度、延性、和耐蚀性,这使得他们竞争与其他高强度钢和合金(2]。

粗粒金属和合金的细化到低维(~ 100海里)可以改善由此产生的材料的机械性能(3,4]。已经尽最大努力完善粗粮,纳米晶体使用应变晶粒细化技术,包括喷丸加工。超声喷丸加工(USP)应用于增强金属零件的表面性质,通过诱导相变、显微结构的细化,甚至nanocrystallization,由于高能超声振动引入的高应变率(5- - - - - -7]。钢的力学性能与low-stacking故障能量,如奥氏体347不锈钢,应变影响晶粒细化和相变。然而塑性变形的程度在奥氏体不锈钢在先前的研究中尚不清楚。然而,在这项研究中,表面处理诱导复杂微观结构演进晶粒细化和相变等,与奥氏体和一个精确的百分比α′马氏体在变形阶段,这是一个表达对奥氏体不锈钢塑性变形的程度。在本文中,我们试图引入EBSD技术的应用在喷丸加工不锈钢的表面改性。processing-microstructure-property的关系是广泛在先前的研究中引入的。

2。材料和方法

材料用于这项工作是一个商业347不锈钢化学成分是C ~ 0.072 ~ 0.32, Mn ~ 1.99, P ~ 0.03 ~ 0.012,倪~ 10.1,Cr ~ 18.02, Nb ~ 0.97 (wt. %)。(描述的USP设备之前5]。在治疗之前,板表面是地面与碳化硅砂纸2000 -勇气。USP治疗持续了5分钟,在室温下,执行70年的振幅μ米,20 kHz的频率,球的大小1.5毫米,锤击面积2800毫米²在板的中间(110×30×5毫米³)。

USP处理后,表面和横截面的分析区域的标本进行使用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)和x射线衍射(XRD)。SEM和横断面EBSD测量,地产与牛津- 7800 f系统的表面和截面试样,梁步长为300海里。高放大倍数的EBSD相映射被另一个EBSD TSL-OIM系统安装在米拉II LMH FE-SEM,用于深度光束扫描模式,梁步长为100海里。飞利浦CM200 TEM测量执行,运营在200千伏。进行了XRD分析表层使用Rigaku SmartLab-9 x射线衍射仪(日本)与铜Kα辐射,1小时。

EBSD的横断面标本分析机械抛光到200μ米厚度,其次是电解抛光10年代。顶层高放大率EBSD分析和顶层TEM观察,back-thinning处理被用来准备最顶部的表层。顶部表面处理标本减少到90人μm,通过抛光从边到边治疗,然后一个透明的塑料薄膜在治疗方面,以防止腐蚀/抛光在电解抛光。最后,TEM标本用电解法抛光(Struers TenuPol-5)在室温下,用电解质10%高氯酸和90%乙酸的混合物。

3所示。结果与讨论

图1显示(a)未经处理的表面形态和(b) USP-treated标本,通过SEM分析。未经处理的标本,划痕来自不同的方向,小裂缝,和随处可见的缺陷;USP-treated标本,表面改性在锤击导致密度连续表面,一些缺陷,和平滑度。

塑性变形测量的影响通过EBSD方法形成截面和俯视图。图2显示的横断面(a)图像质量(智商)和(b)的反极图(IPF)地图USP-treated标本。智商形象,显然是明显的双结构固有的谷物。因为USP治疗,在0 ~ 50μ米深度的表面非常高密度变形结构变得明显,大多数人无法阅读,由于晶粒尺寸小于检测极限(EBSD映射的步长约300海里)。高密度变形滑移带结构明显在固有的谷物在50 ~ 100μ米深度的表面,而低密度,低角度晶界,可以观察到在100年~ 200年μ米深度的表面。上的错位数据减少深度深度下降,直到出效果,以及在塑性变形矩阵。根据初步研究,NbC或黑点的矩阵粒子在EBSD映射(不读8]。

图3(一)作为高放大倍数的EBSD阶段映射方法,TSL-OIM系统安装在米拉II LMH FE-SEM,用于深度光束扫描模式,梁步长为100 nm。TSL-OIM系统可以auto-define两个阶段,给百分比。红色表示奥氏体阶段,这是一个面心立方晶格;绿色表示α′马氏体相,体心立方晶格。晶粒细化是显而易见的,因为两个阶段相互刷爆,粒径小于100纳米。奥氏体的百分比α′马氏体阶段分别为54%和46%,分别,这是一个精确的表达程度的塑性变形。在变形之前,主要是奥氏体钢矩阵和应变引起的相变α′马氏体在变形;因此第二阶段的百分比的增加密切相关的变形程度,这意味着两个阶段的百分比是一个确切的表达程度的塑性变形奥氏体不锈钢。

图3(b)是一个TEM明视野的最顶层的形象USP-treated标本。精制谷物测量约100海里,这表明nanocrystallization USP治疗引起的347不锈钢。图3(c)是相应的选区衍射模式的最顶层的标本。环状模式表明纳米晶体的存在在这一层,和奥氏体的两个阶段α′马氏体也明显(图3(c))。再确认一下两阶段结构、XRD分析表面的USP-treated标本,以及由此产生的XRD概要图所示4。奥氏体和α′马氏体相峰显然是明显的在XRD的概要文件。然而,在这XRD概要分析,很难确定的实际比例两个阶段。在这部作品中,XRD分析作为定性分析,但EBSD技术可以定量分析。

很难衡量各种合金的塑性变形的程度或钢通过简单的测试。现有的研究方法包括使用压力、显微硬度和晶粒尺寸的变形(9- - - - - -11]。在这项研究中,EBSD技术可以定义的深度和百分比相奥氏体347不锈钢(数字2和3)。定量分析在工业生产重要的生产意义。高放大EBSD阶段映射是一个有效的方式来确定奥氏体的百分比α′马氏体相,见本研究(分别为54%和46%)。然而,这种技术只适合于奥氏体钢和一定的应变相变合金。此外,该阶段并不是唯一的百分比刻度板测量变形。微观结构变形包括位错的形成、位错密度变化,晶粒细化,双胞胎,滑倒,不适合EBSD相映射。尽管EBSD技术能准确表达程度的塑性变形在奥氏体不锈钢的情况下,一个理性的方法需要开发的综合评价在其他金属或合金塑性变形。

4所示。结论

在这项研究中,奥氏体347不锈钢USP-treated调查SEM, EBSD, TEM, XRD。组织演进是显而易见的晶粒细化和相变。EBSD分析来自截面和俯视图。变形结构成为明显的约为200μm深度USP治疗后,治疗表面粒度层约100海里,有两个阶段:奥氏体α′马氏体。奥氏体的百分比α′马氏体阶段分别为54%和46%,分别,这是完全表达程度的塑性变形。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是财务支持重庆的基础研究和前沿技术研究项目cstc2015jcyjA50004和重庆市教育委员会科学技术研究项目批准号KJ1601335。

引用

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