【摘 要】
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提出以加工过程印记方法研究强流脉冲离子束(HIPIB)辐照表面强化技术,通过试样升温调节HIPIB辐照的热-力复合工艺载荷,获得了主动协调的材料加工载荷——升温辐照应力场和温度场,建立了材料加工载荷与表面完整性(表面特征和特性)变化的关系,探明辐照表面特征特性变化对性能的影响机制,从而实现工艺方法与参数优化,解决高性能制造的反问题.以HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面强化为具体研究对象,采用的H
【机 构】
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大连理工大学材料科学与工程学院表面工程实验室,大连 116024
【出 处】
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第十一届全国表面工程大会暨第八届全国青年表面工程学术会议
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提出以加工过程印记方法研究强流脉冲离子束(HIPIB)辐照表面强化技术,通过试样升温调节HIPIB辐照的热-力复合工艺载荷,获得了主动协调的材料加工载荷——升温辐照应力场和温度场,建立了材料加工载荷与表面完整性(表面特征和特性)变化的关系,探明辐照表面特征特性变化对性能的影响机制,从而实现工艺方法与参数优化,解决高性能制造的反问题.以HIPIB辐照WC-Ni硬质合金表面强化为具体研究对象,采用的HIPIB参数为加速电压200 kV,离子束流密度220-250 A/cm2,脉冲宽度70 ns,分别在硬质合金试样初始温度为25℃、200℃、400℃条件下进行辐照处理,辐照次数为1次.建立HIPIB辐照材料的物理模型,数值计算不同初始温度辐照近表面的温度场和应力场,分析辐照试样表层熔化深度、升温降温速率、温度梯度以及耦合应力场演变的材料加工载荷,及其与辐照表面形貌、粗糙度、相结构、硬度变化的对应关系.随着辐照试样初始温度的增加,表面孔隙缺陷减少、致密化程度增加,同时,辐照WC-Ni硬质合金表层发生由六方相α-WC向面心立方相β-WC1-x转变,转变量随着初始温度的升高而增加.HIPIB辐照处理使WC-Ni硬质合金表面硬化,并且表面显微硬度随初始温度的升高而增大,400℃辐照试样硬度值最高,由原始的11.1 GPa提高至15.9 GPa.升温HIPIB辐照显著降低了WC-Ni硬质合金的表面磨损率,400℃辐照获得了优化的耐磨性能,比磨损率比原始试样降低了70％,较室温辐照试样降低了58％.与较低初始温度相比,400℃辐照获得了增加的熔化层深度且延长的凝固时间,冷却速度略有减缓,应力影响深度远超过热影响深度,辐照后试样表面残余应力比室温下减小了40％.验证了加工过程印记方法研究表面强化加工的可行性,为发展先进表面强化技术,大幅提升零件表面完整性、设计制造具有特殊功能性表面层的高性能零件提供保证.
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