激光喷丸强化316L不锈钢抗氢脆性能研究

摘要

激光喷丸处理是一种通过在材料表层引入残余压应力来提高构件疲劳寿命的技术，同时其还可以细化材料表层晶粒大小以及影响材料内的位错密度。该技术同样被认为可以降低零件在腐蚀环境下发生应力腐蚀开裂的可能性，而应力腐蚀开裂与氢脆具有相似的现象。因此，研究激光喷丸强化处理对材料氢脆敏感性的影响具有十分重要的学术价值。
　　本文以316L不锈钢为研究对象，开展激光喷丸强化316L不锈钢氢脆敏感性的机理与实验相关研究，主要工作包括：
　　（1）基于纳秒脉冲激光和材料相互作用诱导等离子体冲击波的相关理论，分析高幅激光冲击波压力加载过程中材料的强化机制。以奥氏体不锈钢为对象，阐述高应变率塑性变形下的材料微观结构响应机制，结合分析材料内氢扩散的行为以及影响氢扩散的因素，探讨激光喷丸强化提高材料抗氢脆的可能性。
　　（2）开展激光喷丸强化316L不锈钢及其电化学充氢处理的实验研究，分析强化试样充氢后的显微组织、表面硬度的变化和影响。基于激光喷丸诱导残余应力分布理论，解释激光喷丸处理对氢渗透的作用机理。结果表明，激光喷丸在材料表层诱导产生了高幅残余压应力，使材料表层的晶粒得到细化；电化学充氢后，未喷丸试样表面出现氢鼓泡现象、晶界偏析现象以及显示出更高的氢致硬化率，而激光喷丸试样受到该类氢的作用的影响相对较小，抗氢脆性能得到有效改善。
　　（3）开展激光喷丸强化316L不锈钢的氢脆敏感性及其力学性能研究，通过对充氢前后的喷丸与未喷丸试样进行室温慢拉伸实验对比分析，基于氢扩散以及位错迁移理论，研究激光喷丸对氢致塑性损减以及断裂模式的影响。研究发现：激光喷丸提高了316L不锈钢的延伸率以及抗拉强度，激光喷丸试样充氢后显示出更低的氢致塑性损减；断口形貌分析则表明，无论是未喷丸试样还是喷丸试样，其充氢前后的断口皆属于韧性断裂。