奥氏体不锈钢激光冲击强化与退火现象的研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要激光冲击是一种具有高压、高能、超快和超高应变率等显著特点的非传统材料表面强化技术，但高速冷塑性形变过程远离热力学平衡状态，在微观尺度上引发的大量微结构虽然一方面有利于明显改变材料的性能，另一方面，形变微结构在使用过程中易随环境温度变化发生弛豫，可能直接影响已强化组织及其性能的稳定性。因此，深入考察材料在激光冲击强化后在环境温度作用下的微观组织以及对表面硬度和残余应力等的影响，可以进一步完善激光冲击强化技术的应用基础。采用波长为1065rim，脉冲宽度为10ns，光斑直径为3mm的调Q钕玻璃激光器，用10．6J和12．2J的输出能量分别对304奥氏体不锈钢表面进行了激

2、光冲击，同时，为比较同类材料在常规应变速率下形变组织的回火与再结晶现象，对304奥氏体不锈钢进行了机械变形试验，对上述两种不同形变处理的试样进行的退火处理，观察其回火与再结晶现象。利用HVS．1000型数字显微硬度计测量退火后各试样硬度，用JSM．7001F型热场发射扫描电子显微镜观察晶粒内的微观组织结构，根据试样在不同温度退火时微观结构演变和硬度变化及分布情况，探索304奥氏体钢在高应变速率和低应变速率下的回复与再结晶的规律和机理。研究结果表明：304奥氏体不锈钢激光冲击后，表面力学性能得到明显改善，硬度最高达255HV，比基体提N50％；表面残余应力达到．243MPa。激光冲击的强化行

3、为主要发生在原材料的晶粒内部，试验发现，中心作用区域内晶粒形状无明显变化，但在微观结构上冲击区晶粒内发生大量的形变微结构，包括位错和位错缠结、形变孪晶等，这些微结构的演变成为激光冲击强化的主要强化机制，激光冲击能量的增加有助于增强强化效果。处于亚稳定高能状态的激光冲击强化组织在退火时更容易发生退火演变，主要表现为晶内层错消失，位错密度下降，相变孪晶退行性变化等。当退火温度为450。C、保温时间为90min时，晶粒即发生完全的回复现象，激光冲击强化效果也基本消失。虽然304奥氏体不锈钢在低应变速率的机械形变后，晶粒内部也能发生大量的奥氏体不锈钢激光冲击强化与退火现象的研究滑移、形变孪晶等，还

4、产生了明显的晶粒流变和晶界变形现象。但外力主要消耗于整体变形，强化效应较弱。机械形变试样在退火温度为7000C时，晶粒发生回复；当温度为8000C时，发生再结晶过程。综上所述，高应变率的激光冲击使其晶内形变微结构处于能量更高的亚稳状态，在相同的保温时间下，激光冲击表面强化的304奥氏体不锈钢相比于低应变速率的机械整体形变后的304奥氏体不锈钢更容易发生回复。激光冲击强化组织的回复温度系数约为0．35，而机械形变再结晶温度系数约为0．56。其根本原因在于由于激光冲击的约束特点和加载特性，强化过程中材料以晶内应变为主，不发生晶粒形状的改变，应变率低，故在退火过程中强化微观组织仅体现为晶粒内部微

5、结构的回复过程，而不涉及晶粒长大等典型的再结晶过程。关键词：激光冲击；奥氏体不锈钢；形变：回复与再结晶；显微组织；退火现象Ⅱ江苏大学硕士学位论文ABSTRACTI_lsershockprocessing(LSP)isakindofhigh—pressure，higllenergy,ultrafastandultra—highstrainrateandothernotablefeaturesofthenon-traditionaltechnologytostrengthenthesurfaceofmaterials，butthehigh—speedplasticdeformationduri

6、ngthecoldawayfromthermodynamicequilibrium，ontheonehand，alargenumberofmicro—structureatthemicroscaleisconducivetosignificantchangesinperformanceofthematerials，ontheotherhand，deformationmicrostructureiseasyinthecourseofrelaxationwitlltheambienttemperaturechanges，anditmaydirectlyaffectthestabilityoft

7、hestrengtheningmicrostructureanditsperformance．Therefore，thestudyofthemicrostructureofmaterialsundertheeffectofambienttemperatureafterthelasershockprocessinganditseffectonthesurfacehardnessandresidualstresscanfur