利用超声表面纳米化技术(UNSM), 采用两组静态载荷(15, 30 N)分别对A6061-T6铝合金表面进行处理获得强塑性变形层, 利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了由表面到基体的组织结构变化, 并通过疲劳试验研究了合金的疲劳性能的变化。结果表明: 载荷较大时, 合金表面强塑性变形层深度和表面硬度均较大, 表面残余压应力也大; 超声表面纳米化处理后, 试样表面粗糙度降低, 合金表面获得等轴状且取向随机分布的纳米晶组织; 处理后合金的疲劳破坏为剪切裂纹萌生机制, 而处理前的为近表面微空洞或微缺陷处萌生机制。
所属栏目
材料性能及其应用国家自然科学青年基金资助项目(11202108); 教育部创新团队项目(IRT1027); 南通大学引进人才项目(03080453)
收稿日期
2013/7/252014/7/20
作者单位
曹小建:南通大学建筑工程学院, 南通 226019四川大学建筑与环境学院, 成都 610065
李璨柱:韩国庆北大学机械工程学院, 大邱 702-701, 韩国
苏昌敏:韩国庆北大学机械工程学院, 大邱 702-701, 韩国
卞英植:韩国鲜文大学机械工程系, 天安 336-708, 韩国
王清远:四川大学建筑与环境学院, 成都 610065
村上理一:日本德岛大学机械工学系, 德岛 770-8506, 日本
备注
曹小建(1983-), 男, 江苏南通人, 讲师, 博士。
引用该论文:
CAO Xiao-jian,LEE Chan-joo,SUH Chang-min,PYOUN Young-shik,WANG Qing-yuan,MURAKAMI Ri-ichi.Microstructure and Properties of A6061-T6 Aluminium Alloy after Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification[J].Materials for mechancial engineering,2014,38(10):74～78
曹小建,李璨柱,苏昌敏,卞英植,王清远,村上理一.A6061-T6铝合金经超声表面纳米化后的显微组织和性能[J].机械工程材料,2014,38(10):74～78
参考文献
【1】
LU K, LU J. Surface nanocrystallization (SNC) of metallic materials-presentation of the concept behind a new approach[J].J Mater Sci Technol, 1999, 15(3): 193-197.
【2】
ZHU K Y, VASSEL A, BRISSET F, et al. Nanostructure formation mechanism of α-titanium using SMAT[J].Acta Mater, 2004, 52(14): 4101-4110.
【3】
LIU G, WANG S C, LOU X F, et al. Low carbon steel with nanostructured surface layer induced by high-energy shot peening[J].Scripta Mater, 2001, 44: 1791-1795.
【4】
MORDYUK B N, MILMAN Y V, IEFIMOV M O, et al. Characterization of ultrasonically peened and laser-shock peened surface layers of AISI 321 stainless steel[J].Surf Coat Tech, 2008, 202(19): 4875-4883.
【5】
WANG T, WANG D P, LIU G, et al. Investigations on the nanocrystallization of 40Cr using ultrasonic surface rolling processing[J].Appl Surf Sci, 2008, 255(5): 1824-1829.
【6】
SUH C M, SONG G H, SUH M S, et al. Fatigue and mechanical characteristics of nanostructured tool steel by ultrasonic cold forging technology[J].Mater Sci Eng: A, 2007, 443: 101-106.
【7】
SUN H Q, SHI Y N, ZHANG M X. Wear behaviour of AZ91D magnesium alloy with a nanocrystalline surface layer[J].Surf Coat Tech, 2008, 202(13): 2859-2864.
【8】
VILLEGAS J C, SHAW L L, DAI K, et al. Enhanced fatigue resistance of a nickel-based hastelloy induced by a surface nanocrystallization and hardening process[J].Philos Mag Lett, 2005, 85(8): 427-438.
【9】
LI D, CHEN H N, XU H. The effect of nanostructured surface layer on the fatigue behaviors of a carbon steel[J].Appl Surf Sci, 2009, 255(6): 3811-3816.
【10】
李东, 陈怀宁, 徐宏.表面纳米化对SS400钢应力腐蚀性能的影响[J].腐蚀与防护, 2009, 30(2): 84-86.
【11】
陆晓峰, 廖明刚, 朱晓磊, 等.表面纳米化处理对Cr5Mo钢流动加速腐蚀性能影响[J].机械工程材料, 2014, 38(5): 66-70.
【12】
WANG K, TAO N R, LIU G, et al. Plastic strain-induced grain refinement at the nanometer scale in copper[J].Acta Mater, 2006, 54(19): 5281-5291.
【13】
ZHANG H W, HEI Z K, LIU G, et al. Formation of nanostructured surface layer on AISI 304 stainless steel by means of surface mechanical attrition treatment[J].Acta Mater, 2003, 51(7): 1871-1881.
【14】
WU X, TAO N, HONG Y, et al. Strain-induced grain refinement of cobalt during surface mechanical attrition treatment[J].Acta Mater, 2005, 53(3): 681-691.
【15】
SUN H Q, SHI Y N, ZHANG M X, et al. Plastic strain-induced grain refinement in the nanometer scale in a Mg alloy[J].Acta Mater, 2007, 55(3): 975-982.
【16】
MUKHANOV I I, GOLUBEV Y M. Hardening of steel details by ball vibrating with ultrasonic frequency[J].Machine Building Bulletin, 1966, 11: 52-59.
【17】
SUH C M, KIM M H, BAEK U B, et al. A study on the alternative technology using UNSM instead of the presetting method for torsion bar[J].Int J Mod Phys: B, 2010, 24(15/16): 2435-2440.
【18】
DAI K, VILLEGAS J, STONE Z, et al. Finite element modeling of the surface roughness of 5052 Al alloy subjected to a surface severe plastic deformation process[J].Acta Mater, 2004, 52(20): 5771-5782.
【19】
JAFARI M, ENAYATI M H, ABBASI M H, et al. Compressive and wear behaviors of bulk nanostructured Al2024 alloy[J].Material and Design, 2010, 31(2): 663-669.
【20】
MAJZOOBI G H, AZADIKHAH K, NEMATI J. The effects of deep rolling and shot peening on fretting fatigue resistance of Aluminum-7075-T6[J].Mater Sci Eng: A, 2009, 516: 235-247.
【21】
朱其芳, 孙泽明, 朱宝宏, 等.超声冲击纳米化对7B04高强铝合金疲劳性能的影响[J].纳米科技, 2009, 6(6): 25-28.
【22】
周建忠, 王呈栋, 黄舒, 等.6061-T6铝合金紧凑拉伸试样激光喷丸强化后的疲劳裂纹扩展性能研究[J].中国激光, 2011, 38(7): 1-6.
【23】
CAO X J, PYOUN Y S, MURAKAMI R. Fatigue properties of a S45C steel subjected to ultrasonic nanocrystal surface modification[J].Appl Surf Sci, 2010, 256(21): 6297-6303.
【24】
WAGNER L. Mechanical surface treatments on titanium, aluminum and magnesium alloys[J].Mater Sci Eng: A, 1999, 263: 210-216.
【25】
WU X, TAO N, HONG Y, et al. Microstructure and evolution of mechanically induced ultrafine grain in surface layer of AL-alloy subjected to USSP[J].Acta Mater, 2002, 50(8): 2075-2084.
【26】
刘刚, 周蕾. 工程金属材料的表面纳米化技术[J].纳米科技, 2006, 3(1): 56-60.
【27】
LEE C J, MURAKAMI R, SUH C M. Fatigue properties of aluminum alloy(A6061-T6) with ultrasonic nano-crystal surface modification[J].Inter J Modern Phy: B, 2010, 24(15): 2512-2517.
【28】
WANG Q Y, KAWAGOISHI N, CHEN Q. Fatigue and fracture behaviour of structural Al-alloys up to very long life regimes[J].Int J Fatigue, 2006, 28: 1572-1576.
