由于金属材料表面自身纳米化工艺简单,纳米化表层到基体组织连续过渡等特点,从而被认为是最具前景的表面技术之一。 本文对工业纯钛及钛合金表层晶粒纳米化的细化机理和表层组织的性能进行了研究。利用高能振动喷丸技术实现工业纯钛及钛合金的表面纳米化处理,用光学显微镜(0M)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对表层组织演变过程进行了研究,并用显微硬度计对表层硬度进行了测试。 对工业纯钛及钛合金晶粒细化的机理研究认为:变形初期,位错塞积产生应力场,当位错塞积产生的内应力达到了发生机械孪生变形的临界分切应力时,就会产生单系孪晶;单系孪晶逐渐过渡到多系孪晶,多系孪晶相互交割使晶粒尺寸不断减小;随着孪晶系增多以及孪晶重复交割强度加大使晶粒进一步细化;最终在大应变量、高应变速率和多方向载荷的共同作用下,形成了等轴状、取向呈随机分布的纳米晶组织。 研究结果表明,高能喷丸处理可在工业纯钛及钛合金表面得到一定深度的纳米层和剧烈塑性变形层。喷丸时间越长,表面的形变层越深。表面硬度随喷丸时间的延长而提高,并且硬度由表面到心部逐渐降低。高能喷丸处理后,表面硬度较未处理前提高。表面硬度和强度的提高改善了材料的摩擦磨损性能和机械性能。这种表面技术将广泛的应用于延长金属结构件的使用寿命以及对其它表面性能的改善上。