焊接接头表面纳米化及抗应力腐蚀性能的研究

摘要

该文采用手工电弧焊工艺对两种压力容器常用钢OCr18ni9Ti奥氏体不锈钢和16MnR低合金钢进行了焊接取样,利用超音速颗粒轰击技术对两种钢材的焊接接头进行轰击处理使其表面产生纳米化层.利用金相显微镜、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等测试技术对样品进行结构表征,结果表明,在材料表层获得了纳米晶组织,随着深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大,样品表层晶粒尺寸为15~25nm.利用显微硬度仪测量了经轰击处理样品表面的硬度随深度的变化,结果表明,焊接接头焊缝、热影响区和母材的硬度得到均一化,并显著提高.研究了两种表面纳米化焊接接头的抗拉和抗弯性能,并与未处理样品进行了比较,结果显示,表面纳米化处理对两种钢材焊接接头拉伸性能有一定的影响,对焊接接头的弯曲性能没有影响.经超音速颗粒轰击处理后,在样品表面形成厚度约200-400μm的压应力层,压应力值沿厚度方向逐渐减小,最大值达到或超过了材料的屈服强度σ<,s>.采用恒负荷拉伸试验方法对焊接接头抗硫化氢应力腐蚀性能进行了研究,其结果显示:当施加应力低于屈服强度时,轰击处理的要优于未轰击处理的,不锈钢焊接接头抗应力腐蚀的断裂时间增加了一倍多,16MnR抗应力腐蚀的断裂时间增加了25﹪左右.对于两种钢材,OCr18Ni9Ti奥氏体不锈钢要优于16MnR低合金钢的抗应力腐蚀性能.然后对表面纳米化形成机理及其对性能的影响进行了初步探讨.

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符号清单

第一章绪论

1.1前言

1.2纳米晶体材料的综述

1.2.1纳米微粒的基本特性

1.2.2纳米材料的理化特性

1.2.3纳米材料的应用前景

1.3金属表面纳米化的研究现状

1.4表面纳米化的基本原理与制备方法

1.4.1表面涂层或沉积纳米化

1.4.2表面自身纳米化

1.5几种表面纳米化的原理比较

1.6超音速颗粒轰击法的技术优势

1.7表面纳米化在焊接接头上的应用

1.7.1焊接工艺原理简述

1.7.2常用焊接方法及缺陷种类

1.7.3焊接接头表层纳米化处理

1.8本工作的设想及研究意义

第二章实验方法及过程

2.1实验装置

2.2实验材料及焊接工艺

2.3实验过程

2.4分析和测试方法

2.4.1粒子测速

2.4.2金相显微镜观察

2.4.3电镜观察

2.4.4 X-射线衍射

2.5力学性能实验

2.5.1显微硬度测量

2.5.2拉伸实验

2.5.3弯曲实验

2.5.4残余应力测量

2.5.5抗应力腐蚀实验

第三章焊接接头表面纳米化的结构表征与讨论

3.1工艺参数对颗粒速度的影响

3.2表面纳米化的微观结构

3.2.1金相显微镜观察

3.2.2电镜观察

3.2.3 X-射线衍射分析

3.2.4晶粒尺寸

3.2.5晶粒碎化物理模型

第四章力学性能

4.1显微硬度

4.2拉伸实验

4.3弯曲实验

4.4残余应力分析

4.5抗应力腐蚀实验分析

第五章结论

参考文献

致谢