喷丸对30CrMnSiNi2A合金钢表层组织性能的影响及其微观机理.pdf

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1、第33卷第3期航空材料学报Vo1．33．NO．32013年6月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSJune2013喷丸对30CrMnSiNi2A合金钢表层组织性能的影响及其微观机理李占明，朱有利，谢俊峰，杜晓坤，陈海峰，潘洪海。(1．装甲兵工程学院装备再制造工程系，北京100072；2．装甲兵工程学院科研部，北京100072；3．中国人民解放军驻沈阳飞机工业(集团)有限公司军事代表室，沈阳110034)摘要：使用气动式喷丸设备制备了30CrMnSiNi2A合金钢喷丸强化处理试样，并对试样表层的组织性能进行了综合分析。采用扫

2、描电镜和透射电镜观察了试样表层的显微组织结构，利用纳米压痕仪和x射线应力仪测试了喷丸处理和未处理试样表层纳米显微硬度和残余应力沿厚度方向的分布。结果表明：未处理试样的组织主要为板条马氏体、少量的下贝氏体、孪晶及残余奥氏体，喷丸处理在试样表面形成了厚度约为30I．zm的致密塑性变形层，该层内晶粒平均直径约为46nm，纳米显微硬度值达到6．8GPa，加工硬化量提高了4．9％；同时，喷丸处理在试样表面引入了深度约为280m的残余压应力层，最大值为一1050MPa。最后，分析了喷丸处理晶粒细化机制及其对材料加工硬化和残余应力的影响。关键词：喷丸；30Cr

3、MnSiNi2A；组织性能；微观机理doi：10．3969／j．issn．1005—5053．2013．3．006中图分类号：TG668文献标识码：A文章编号：1005—5053(2013)03．0030—0430CrMnSiNi2A具有较高的强度、韧性和塑性，度方向的分布，分析了喷丸处理30CrMnSiNi2A合金是航空航天领域应用最为广泛的合金之一，主要用钢的晶粒细化机制及其对材料加工硬化和残余应力作起落架、平尾大轴、发动机架以及高压连接件等重的影响。要零部件，这些零件在交变载荷的作用下容易发生疲劳失效。因疲劳裂纹一般萌生于零件表面，所1实验

4、材料与方法以喷丸、滚压、超声冲击和激光冲击等机械表面强化技术就受到了国内外专家和学者的青睐。喷丸实验材料为淬火+回火态30CrMnSiNi2A合金(ShotPeening)处理是利用高速喷射的细小弹丸在钢，材料成分(质量分数／％)为C0．26～0．34，Si室温下撞击工件表面，使表层材料在再结晶温度下0．9～1．2，Mn1．0～1．3，S0．015，P0．025，Ni1．4～产生弹、塑性变形，从而呈现出理想的组织结构、加1．8，Cr0．9～1．2，Cu0．25，W0．20，Mo0．15，Fe余工硬化和残余应力分布状态，从而提高零件抗疲劳量；采用气

5、动式喷丸设备制备了30CrMnSiNi2A合金性能和抗应力腐蚀性能的一种表面处理方法。使用钢喷丸强化处理试样，空气压力0．6MPa，钢丸直径喷丸处理改善金属结构的疲劳性能早已被人们所熟为0．5mm，覆盖率超过100％，强度为0．4A；经喷知，并已在航空航天、机械、造船、铁路运输等诸多领丸强化处理和未处理的试样经研磨抛光后，用4％域得到实际应用’。而关于喷丸强化处理对硝酸酒精浸蚀约5S后采用NovaNanoSEM650型场30CrMnSiNi2A合金钢影响的研究较少，本工作采用发射扫描电子显微镜观察截面组织形貌，并通过扫描电镜和透射电镜观察了试样表

6、层的显微组织结JEM．2100型高分辨率透射电镜观察喷丸强化处理构，利用纳米压痕仪和x射线应力仪测试了喷丸处后试样的表层微观结构；纳米显微硬度的测试采用理和未处理试样表层纳米显微硬度和残余应力沿厚NanoTest600型多功能纳米材料性能测仪，压头为金刚石制成的正三棱锥形Berkovich压头，加载载荷为30mN，保荷时间为15S，测试问距5txm；利用x一收稿日期：2012-3—19；修订日期：2013-03—20350型x射线应力测定仪，通过电解抛光法逐层测作者简介：李占明(1978一)，男，博士，讲师，主要从事材料表面强化技术，(E—mai

7、l)lizhangming@163．COin。试试样表层的残余应力，电解抛光液选择饱和氯化第3期喷丸对30CrMnSiNi2A合金钢表层组织性能的影响及其微观机理33余压应力层深度较浅，约为150Ixm；喷丸处理在试(2)：28—32．)样表面引入了深度约为280m的残余压应力层，[5]GAOYK．Improvementoffatiguepropertyin7050一T7451aluminumalloybylaserpeeningandshotpeening[J]．Ma—最大值为一1050MPa。terialsScienceandEngineer

8、ing(A)．2011，(528)：3823—3828．[6]DALAEIK，KARLSSONAB．Influenceofoverloa