激光涂层对1Cr18Ni9Ti低应力多碰形变影响的研究

摘要

在工程领域的实际应用中发现：在多冲载荷下，即使冲击应力仅为材料屈服强度的1/10～1/3时，材料仍然会发生宏观累积塑性变形而导致失效。很多研究表明，零件承受多冲载荷失效的多种起因都可以归结为材料发生了累积疲劳变形。本文针对这一现象，选取了化工泵、阀类多碰零件常用的不锈钢1Cr18Ni9Ti和高强度铁基自熔合金WF-312材料试件进行了多冲疲劳试验，研究了不同涂层厚度的1Cr18Ni9Ti试件的累积疲劳变形规律。
　　 利用自制的多冲试验机，选取了4组不同厚度涂层试件进行多冲形变研究。为了便于比较研究，对这4组试件在相同的多冲载荷下进行了试验：冲击应力峰值为80Mpa(此值约为涂层材料静压屈服强度的1/10，基体材料静屈服强度的1/3～1/4)，冲击行程为20mm，冲击频率为4Hz。做出了4组试件的平均应变率、累计应变、层深和冲击次数间的关系曲线，及对多冲后涂层试件的金相组织进行了对比研究。试验表明：1组1Cr18Ni9Ti试件和经激光涂层强化后的3组1Cr18Ni9Ti涂层试件均发生了明显的累积疲劳变形。同时得出以下结论：(1)试件在低应力多冲载荷作用下，随冲击次数和层深增加，应变率呈指数态衰减，直至为零，其变形规律具有“趋表效应”。(2)试件表层的变形量、应变率、硬度变化最大，随着层深的增加，呈梯度性迅速衰减。(3)在相同的多冲条件下，不同厚度涂层试件的疲劳变形总深度不同、总应变不同、形变硬化程度、形变硬化深度不同。(4)试件多冲后表层组织模糊混乱，晶粒出现扭曲变形的现象，随层深的增加逐步减轻，不同厚度涂层试件的晶粒晶界碎化程度不同。
　　 试验结果表明：材料在低应力多冲载荷下的变形是一种具有特殊机理的、宏观可测的疲劳形变现象，有别于一般意义上的疲劳失效；在一定范围内，激光涂层可以有效地提高材料抵抗多冲疲劳变形的能力，但一味地增大涂层厚度并不能显著提高材料抵抗多冲疲劳变形的能力。