IF钢搅拌摩擦加工疲劳性能研究

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本文通过对DC04 IF钢进行搅拌摩擦加工(Friction stir processing,简称FSP),对不同条件及参数制备FSP材料微观组织和力学性能进行对比分析,优化细晶FSP IF钢加工工艺;在空气和3.5%NaCl中性腐蚀液中分别进行母材及FSP材料加工区的疲劳寿命S-N曲线以及加工区的疲劳裂纹扩展速率的研究。论文主要结果有:氩气保护条件下FSP后材料拥有较为优良的表面成形性,但晶粒尺寸较为粗大,约为20μm,表层硬度为148.6HV;循环水下FSP后得到的材料晶粒尺寸细小,晶粒尺寸可达到1~5μm,表层硬度高达323.2HV,但表面成形性差,搅拌头耗损高;经优化选取氩气保护中FSP后干冰酒精混合溶液急冷工艺对IF钢进行加工,选用最优参数为旋转速度950 rpm,前进速度60 mm/min,加工材料可以在拥有较平整的表面形貌的同时,表层晶粒尺寸及硬度可达水下加工中的细小晶粒尺寸和较高的硬度。材料加工区晶粒尺寸约为5~10μm,表层材料晶粒尺寸可达1μm,表层硬度为314.8HV。材料加工区抗拉强度达到474.16 MPa,是母材强度的150.9%。拉伸断口呈微孔聚合型韧性断裂特征。在空气中母材S-N曲线的拟合方程为:lgN=79.332535-31.428751lgσ;在空气中FSP加工区S-N曲线的拟合方程为:lgN=187.699770-69.444890lgσ;在3.5%NaCl溶液中母材S-N曲线的拟合方程为:lgN=25.522309-8.403823lgσ;在3.5%NaCl溶液中FSP加工区S-N曲线的拟合方程为:lgN=26.892612-8.291334lgσ,FSP加工区的疲劳寿命在腐蚀条件下比空气中降低。在空气中母材及FSP加工区疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=4.034×10-12(?K)5.688和da/dN=3.007×10-11(?K)4.880;在3.5%NaCl溶液中,母材与FSP加工区试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=6.096×10-18(?K)10.933和da/dN=2.347×10-14(?K)7.368。搅拌摩擦加工DC04 IF钢加工区的疲劳裂纹扩展速率在腐蚀条件下比空气中扩展速率快。
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