【摘 要】
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高氮奥氏体不锈钢是以氮和锰替代了传统AISI300系不锈钢中昂贵的镍,不仅具有优异的力学性能,而且还有着良好的生物相容性和价格优势。这类钢在医疗、汽车、化工等领域应用前景十分广阔。金属零部件最终的各种表面加工工艺,例如切削加工、抛丸、滚压等,都会引入应变层,产生加工硬化和残余应力。这些都会影响金属的力学和化学性能。而这些表面加工工艺对高氮奥氏体不锈钢有什么影响,目前尚不明确。本文以典型的高氮奥氏体
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高氮奥氏体不锈钢是以氮和锰替代了传统AISI300系不锈钢中昂贵的镍,不仅具有优异的力学性能,而且还有着良好的生物相容性和价格优势。这类钢在医疗、汽车、化工等领域应用前景十分广阔。金属零部件最终的各种表面加工工艺,例如切削加工、抛丸、滚压等,都会引入应变层,产生加工硬化和残余应力。这些都会影响金属的力学和化学性能。而这些表面加工工艺对高氮奥氏体不锈钢有什么影响,目前尚不明确。本文以典型的高氮奥氏体不锈钢18Mn18Cr0.6N为研究对象,对其进行了铣削加工、抛丸加工以及滚压加工。对不同加工状态的硬度、残余应力、耐气蚀性能、极化特性、交流阻抗和耐点蚀性能进行研究。分析各种加工工艺的影响,为提高高氮奥氏体不锈钢最终的力学和化学性能提供帮助。本文得到的主要结论如下:（1）铣削、滚压和抛丸后的样品均存在明显的加工硬化层。滚压加工的表面硬化层最深,约为250μm;抛丸加工的硬化层最浅,约为80μm;铣削加工硬化层居中,约为130μm。不同加工方法获得的表面硬度值差别不大,分别为480 HV、476 HV以及487 HV。（2）铣削加工后表面应力为残余拉应力,绝对值最大,为532 MPa。抛丸和滚压加工的表面均为残余压应力,滚压加工的残余压应力较大,为257 MPa;抛丸加工的残余压应力较小,为213 MPa。通过XRD测量的滚压、铣削以及抛丸加工后表面的位错密度分别为2.56×1019m-2、2.50×1019m-2以及1.84×1019m-2。（3）高氮奥氏体不锈钢在气蚀时,损伤容易在共格孪晶界上形成;而非共格孪晶界和随机大角晶界对气蚀具有较强的抗力。与无表面硬化层的试样对比,经过铣削、滚压、抛丸过的试样,由于变形在一定程度上破坏了孪晶界的共格关系,减少了气蚀损伤的萌生位置,而提高了耐气蚀性能。（4）经过在三氯化铁溶液48小时的浸泡后,点蚀优先在三叉晶界处。表面点蚀面积比最大的是抛丸加工试样,为1.73%;最小的是铣削加工,为0.57%;滚压加工居中为1.69%。另外测量了最大点蚀坑直径尺寸,其中最大的也是抛丸和滚压加工试样,分别为180μm和190μm;直径最小的是铣削加工,为100μm。（5）对比了高氮钢不同表面加工工艺试样的自腐蚀电位、点蚀电位以及自腐蚀电流密度,其中铣削加工试样的自腐蚀电位最大,为-0.436 V;抛丸加工的自腐蚀电位最小,为-0.458 V;滚压加工的自腐蚀电位中等,为-0.445 V;点蚀电位最大的是滚压加工的试样,为0.461 V;铣削加工的点蚀电位中等,为0.345 V;抛丸加工点蚀电位最小,为0.225 V,并且加工钝化区间呈现锯齿形,表明其表面形成的钝化膜并不稳定。不同加工方法的自腐蚀电流密度相近,在5.04～7.85×10-6A·cm2范围内。阻抗谱拟合电路中的Rct电阻最大的滚压和铣削加工试样,分别为18.03×104Ω·cm2和16.78×104Ω·cm2;最小的是抛丸加工,为4.45×104Ω·cm2。表明滚压和铣削加工后表面更易形成致密的钝化膜,提高了腐蚀性能。（6）通过comsol模拟了电化学腐蚀过程,发现抛丸加工后模型的电解质电位分布云图中,处在平衡电位之上的区域面积最大,而滚压加工最小,铣削加工中等。腐蚀厚度分布表明了40μm腐蚀情况,其中抛丸加工后处在6.5μm腐蚀厚度的面积最大,滚压加工最小,铣削加工中等。与试验检测结果吻合较好,均表明了滚压和铣削加工方式的腐蚀性要优于抛丸加工。
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