42CrMo和20CrMnTi表面激光复合强化组织结构演化与强化机理

摘要

为了提高材料的耐磨和耐蚀性能，采用方形光斑的激光冲击强化技术对20CrMnTi钢和42CrMo钢进行表面强化处理。利用SEM和TEM观察了强化后样品的组织变化；利用3D显微镜观察了分层设色形貌图；测量了强化后样品表面的粗糙度、显微硬度和残余应力；测试了激光冲击强化后20CrMnTi的耐腐蚀性和42CrMo的耐磨性能，取得以下结果：　　（1）20CrMnTi钢经过22J、26J和30J脉冲能量的激光表面强化后性能得到较大提升，具体如下：硬度由262.52HV提高到了301.84HV，材料表面的硬化层深度约为85μm，残余应力值由-81.5MPa增加到了-520MPa以上。适当的激光功率密度能使得材料的强化层和钝化膜的密度增加且横向的残余压应力也会使得钝化膜更加稳定，从而提高材料的耐腐蚀性能。过大的激光功率密度将导致材料表面出现压痕、铝箔发生烧蚀等现象，降低材料的耐腐蚀性能。　　（2）使用32J、34J和36J脉冲能量的对42CrMo钢表面进行激光冲击强化，研究表明：激光冲击强化后材料表面起伏度降低，表面的残余应力值由-113.5MPa增加到了-482.7MPa，硬度由385.83HV提高到了445.62HV，硬化层深度约为75μm。　　激光冲击强化能有效提升材料的耐磨性能，主要是因为：　　①LSP降低了材料表明粗糙度；　　②LSP导致细小孪晶薄片的产生；　　③LSP过程中导致大量位错增殖和位错运动，被分裂成细小片状的珠光体和碳化物的弥散强化作用；　　④LSP诱发的残余压应力场等原因。　　（3）激光冲击强化导致材料表面发生高速塑性变形，进一步形成了位错胞、位错条带、位错墙、亚晶，在滑移不能继续的部位将产生孪晶。当位错运动遇到长条状碳化物，导致长条碳化物周围形成畸变应力场，碳化物变形甚至断裂。位错的进一步运动，位移的碳化物颗粒能对基体起到弥散强化作用。

目录

第一章 绪 论

1.1 激光表面强化技术

1.2 激光表面冲击强化研究现状

1.3 本课题的研究目的和主要内容

第二章 实验材料及试验方法

2.1 实验材料

2.2 试验方法

第三章 20CrMnTi钢表面激光冲击强化及耐腐蚀性能的研究

3.1 激光冲击强化20CrMnTi后材料微观组织变化和演变机理

3.2 激光冲击强化对20CrMnTi钢表面残余应力的影响

3.3 激光冲击强化对20CrMnTi钢硬度的影响

3.4 激光冲击强化20CrMnTi材料后的表面形貌变化

3.5 激光冲击强化20CrMnTi材料的耐腐蚀性能变化

3.6 本章小结

第四章 42CrMo钢表面激光冲击强化及耐磨性能的研究

4.1激光冲击强化42CrMo后材料微观组织变化和演变机理

4.2 激光冲击强化对42CrMo钢表面残余应力的影响

4.3 激光冲击强化对42CrMo钢硬度的影响

4.1 激光冲击强化42CrMo钢后的表面形貌变化

4.5 激光冲击强化42CrMo钢的耐磨性能的影响

4.6 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

附录

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