超声滚压对45钢微观组织和力学性能的影响

摘要

目的提高45钢的表面完整性,研究超声表面滚压加工(Ultrasonic Surface Rolling Processing,USRP)技术对45钢微观梯度结构和力学性能的影响。方法通过USRP技术,在材料表层制备出微观梯度结构,并对试样梯度结构组织进行金相、SEM、EBSD、表面粗糙度以及显微硬度分析。最后,考虑到尺度效应的影响,采用应变梯度理论修正的仪器化压痕法,对试样表层组织的梯度力学性能进行分析。结果试样表层形成120μm厚的取向各异的细小晶粒组织,晶粒尺寸形成了梯度变化,距离表层10μm区域内的平均晶粒尺寸可以达到360 nm。材料表层组织的大小角度晶界数量明显增多,且随加工遍数的增加而明显增加。试样的表面粗糙度降低至纳米级,比原始粗糙度降低了96.7%,表面显微硬度提高了55.1%。根据塑性变形程度,将表层微结构分为强变形区、微变形区和未影响区3个区域。强变形区、微变形区的厚度随着处理遍数的增加而增加,塑性变形层厚度最高达320μm。结论试样表层形成了一定厚度的细小晶粒组织,试样表面粗糙度和显微硬度均有明显改善。试样表层的弹性和塑性性能均体现出明显的梯度变化,其中弹性模量提高了1.67倍,屈服强度提高了83.3%,加工硬化指数降低了68.3%,在改善材料的抗疲劳和腐蚀性能方面十分有效。