Ảnh hưởng của năng lượng xung laser đến vi cấu trúc bề mặt và tính chất cơ học của thép cacbon cao

Journal of Central South University - Tập 22 - Trang 4515-4520 - 2015
Yi Xiong1,2, Tian-tian He3, Peng-yan Li1, Lu-fei Chen1, Feng-zhang Ren1,2, Alex A. Volinsky4
1School of Materials Science and Engineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang, China
2Collaborative Innovation Center of Nonferrous Metals, Luoyang, China
3Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang, China
4Department of Mechanical Engineering, University of South Florida, Tampa, USA

Tóm tắt

Vi cấu trúc bề mặt và tính chất cơ học của thép pearlitic Fe–0.8%C (tỉ lệ khối lượng) sau quá trình gia công sốc laser (LSP) với các năng lượng xung laser khác nhau đã được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM), kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM), nhiễu xạ tia X (XRD) và đo độ cứng vi. Sau quá trình LSP, các lớp cementite đã bị uốn cong, gãy khúc và phá vỡ thành các hạt. Sự phân mảnh và hòa tan của các lớp cementite đã được gia tăng bằng cách tăng năng lượng xung laser. Do sự hòa tan của các nguyên tử cacbon trong ma trận ferrit, thông số mạng của α-Fe đã tăng lên. Kích thước hạt của ferrit bề mặt đã được tinh chỉnh, và vi cấu trúc đã chuyển từ dạng lớp sang cấu trúc vi đôi siêu mịn (ferrit (α) + cementite (θ)) với năng lượng xung laser cao hơn, kèm theo sự gia tăng ứng suất dư và độ cứng vi.

Từ khóa

#thép cacbon cao #gia công sốc laser #vi cấu trúc #tính chất cơ học #cementite #ferrite #độ cứng vi #ứng suất dư

Tài liệu tham khảo

FOURIER J. Mechanical effects induced by shock waves generated by high-energy laser pulses [J]. Mater Manuf Processes, 1990, 5: 144–147. YE C, SUSLOV S, KIM B J, STACH E A, CHENG G J. Fatigue performance improvement in AISI 4140 steel by dynamic strain aging and dynamic precipitation during warm laser shock peening [J]. Acta Mater, 2011, 59: 1014–1025. ZHANG Y K, YOU J, LU J Z, CUI C Y, JIANG Y F, REN X D. Effects of laser shock processing on stress corrosion cracking susceptibility of AZ31B magnesium alloy [J]. Surf Coat Technol, 2010, 204: 3947–3953. LIM H, KIM P, JEONG H, JEONG S. Enhancement of abrasion and corrosion resistance of duplex stainless steel by laser shock peening [J]. J Mater Process Technol, 2012, 212: 1347–1354. SCHERPEREEL X, PEYRE P, FABBRO R, LEDERER G, CELATIL N. Modifications of mechanical and electrochemical properties of stainless steels surfaces by laser shock processing [J]. Int Soc for Opt Eng, 1997, 3097: 546–557. CHU J P, RIGSBEE J M, BANAS G, ELSAYED- ALI H E. Lasershock processing effects on surface microstructure and mechanical properties of low carbon steel [J]. Mater Sci Eng A, 1999, 260: 260–268. ZHANG D, HARRIS S J, MCCARTNEY D G, PASHBY I R, POWELL J, SHIPWAY P H, VOISEY K T. The effect of laser transformation notching on the controlled fracture of a high carbon (C70S6) steel [J]. Mater Sci Eng A, 2008, 489: 273–284. LU J Z, LUO K Y, ZHANG Y K, SUN G F, GU Y Y, ZHOU J Z, REN X D, ZHANG X C, ZHANG L F, CHEN K M, CUI C Y, JIANG Y F, FENG A X, ZHANG L. Grain refinement mechanism of multiple laser shock processing impacts on ANSI 304 stainless steel [J]. Acta Mater, 2010, 58: 5354–5362. RUBIO G C, FELIX M C, GOMEZ R G, OCANA J L, MORALES M, PORRO J A. Effect of laser shock processing on fatigue crack growth of duplex stainless steel [J]. Mater Sci Eng A, 2011, 528: 914–919. XIONG Y, HE T T, GUO Z Q, HE H Y, REN F Z, VOLINSKY A A. Effects of laser shock processing on surface microstructure and mechanical properties of ultrafine-grained high carbon steel [J]. Mater Sci Eng A, 2013, 570: 82–86. FASISKA E J, WAGENBLAST T H. Dilation of alpha iron by carbon [J]. TMS-AIME, 1967, 239: 1818–1820. FU W T, XIONG Y, ZHAO J, LI Y, FURUHARA T, MAKI T. Microstructural evolution of pearlite in eutectoid Fe-C alloys during severe cold rolling [J]. J Mater Sci Technol, 2005, 21: 25–27. MONTROSS C S, WEI T, YE L, CLARK G, MAI Y W. Laser shock processing and its effects on microstructure and properties of metal alloys: a review [J]. Int J Fatigue, 2002, 24: 1021–1036. KULKA M, PERTEK A. Laser surface modification of carburized and borocarburized 15CrNi6 steel [J]. Mater Charact, 2007, 58: 461–470. LIU H, NAKATA K, ZHANG J X, YAMAMOTO N, LIAO J. Microstructural evolution of fusion zone in laser beam welds of pure titanium [J]. Mater Charact, 2012, 65: 1–7. LUO K Y, LU J Z, ZHANG Y K, ZHOU J Z, ZHANG L F, DAI F Z, ZHONG J W, CUI C Y. Effects of laser shock processing on mechanical properties and micro-structure of ANSI 304 austenitic stainless steel [J]. Mater Sci Eng A, 2011, 528: 4783–4788. ALTENBERGER I, SCHOLTES B, MARTIN U, OETTEL H. Cyclic deformation and near surface microstructures of shot peened or deep rolled austenitic stainless steel AISI 304 [J]. Mater Sci Eng A, 1999, 264: 1–16. LINDEMANN J, BUQUE C, APPEL F. Effect of shot peening on fatigue performance of a lamellar titanium aluminide alloy [J]. Acta Mater, 2006, 54: 1155–1164. MAAWAD E, SANO Y, WAGNER L, BROKMEIER H G, GENZEL C. Investigation of laser shock peening effects on residual stress state and fatigue performance of titanium alloys [J]. Mater Sci Eng A, 2012, 536: 82–91. LARUE J E, DANIEWICZ S R. Predicting the effect of residual stress on fatigue crack growth [J]. Int J Fatigue, 2007, 29: 508–515.