喷丸对30CrMnSiNi2A合金钢表层组织性能的影响及其微观机理

喷丸对30CrMnSiNi2A合金钢表层组织性能的影响及其微观机理30CrMnSiNi2A具有较高的强度、韧性和塑性，是航空航天领域应用最为广泛的合金之一，主要用作起落架、平尾大轴、发动机架以及高压连接件等重要零部件，这些零件在交变载荷的作用下容易发生疲劳失效。喷丸处理利用高速喷射的细小弹丸在室温下撞击工件表面，使表层材料在再结晶温度下产生弹、塑性变形，从而呈现出理想的组织结构、加工硬化和残余应力分布状态，是提高零件抗疲劳性能和抗应力腐蚀性能的一种表面处理方法。科研人员采用扫描电镜和透射电镜观察了30CrMnSiNi2A合金钢试样表层的显微组织结构，利用纳米压痕仪和X射线应力仪测试了喷丸处理和未处理试样表层纳米显微硬度和残余应力沿厚度方向的分布，分析了喷丸处理30CrMnSiNi2A合金钢的晶粒细化机制及其对材料加工硬化和残余应力的影响。结果表明，1）30CrMnSiNi2A合金钢淬火＋回火后的组织主要为板条马氏体、少量的下贝氏体、孪晶及残余奥氏体，经喷丸处理后，在距材料表面约30μm的范围内形成了致密塑性变形层，变形层内晶粒明显细化，晶粒直径约为5～135nm，平均直径约为46nm，晶体取向呈随机分布；2）经喷丸处理后，30CrMnSiNi2A合金钢试样表面层的最高纳米显微硬度为7.08GPa，随着深度的进一步增加，硬度值逐渐降低，距表面为30°μm时趋于稳定，该范围内，喷丸处理使试样加T硬化量提高了4.9％；3）车削加工的30CrMnSiNi2A合金钢试样表面压残余应力数值较小，最大值为-433MPa，且残余压应力层深度较浅，约为150μm；喷丸处理在试样表面引入了深度约为280μm的残余压应力层，最大值为-1050MPa。