激光沖擊低碳鋼摩擦學(xué)性能及微觀機(jī)理研究.pdf

1、激光沖擊強(qiáng)化低碳鋼可導(dǎo)致其表面改性,正成為研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題,本文以AISI8620低碳鋼為對(duì)象,在不同激光沖擊工藝參數(shù)條件下,對(duì)激光沖擊低碳鋼的表面力學(xué)性能(包括殘余應(yīng)力、表層微硬度、表面粗糙度等)、微觀強(qiáng)化機(jī)理以及表面耐磨性進(jìn)行深入研究。獲得以下主要結(jié)論和成果:
　　 (1)對(duì)AISI8620低碳鋼表面進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化處理,研究了激光沖擊強(qiáng)化材料表面粗糙度、殘余應(yīng)力和表面微硬度。試驗(yàn)結(jié)果表明:激光沖擊能夠降低AISI8620低

2、碳鋼表面粗糙度,明顯改善沖擊區(qū)域的殘余應(yīng)力分布,較大幅度提高表面硬度。
　　 (2)利用光學(xué)顯微鏡(OM)和透射電子顯微鏡(TEM)觀察微觀結(jié)構(gòu),研究多次激光沖擊強(qiáng)化AISI8620低碳鋼微觀結(jié)構(gòu)演變。多次激光沖擊AISI8620低碳鋼微觀結(jié)構(gòu)演變過(guò)程可以描述為:(i)平行片狀珠光體被打斷成片段狀;(ii)片段狀珠光體被分裂成Fe3C顆粒,位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致Fe3C顆粒消失在亞晶界附近,并且導(dǎo)致亞晶界分裂晶胞;(iii)亞晶界被細(xì)化成

3、晶界。通過(guò)對(duì)上述演變過(guò)程的研究分析可知,多次激光沖擊AISI8620低碳鋼通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和碳原子彌散強(qiáng)化導(dǎo)致粗晶粒在近表面區(qū)域細(xì)化。
　　 (3)研究不同功率密度下多次激光沖擊對(duì)AISI8620低碳鋼力學(xué)性能和耐磨損性能的影響。通過(guò)稱量磨損量和磨損表面的SEM顯微圖分析磨損機(jī)理,采用透射電子顯微鏡(TEM)觀察未沖擊試樣和激光沖擊試樣表層的微觀結(jié)構(gòu)。未拋光多次激光沖擊試樣在跑合磨損階段,磨損率較大,當(dāng)激光沖擊試樣表面的微凹坑被磨平

4、時(shí),磨損率降低,其原因可能為激光沖擊會(huì)在試樣表面產(chǎn)生微凹坑,微凹坑的存在導(dǎo)致金屬表面粗糙度增加,耐磨性下降。試驗(yàn)結(jié)果表明:多次激光沖擊可以顯著提高AISI8620低碳鋼的耐磨性。激光沖擊在AISI8620低碳鋼表層形成殘余壓應(yīng)力層,雖然殘余壓應(yīng)力會(huì)降低氧化磨損和粘著磨損的抗性,但是會(huì)提高疲勞磨損的抗性,將AISI8620低碳鋼試樣的耐磨性提高一倍,多次沖擊耐磨性能更佳;隨著載荷的增加,激光沖擊的AISI8620低碳鋼試樣的平均摩擦系數(shù)呈