不同能量激光沖擊304不銹鋼管表面EBSD分析及晶粒細化機制

 304不銹鋼管由于其含碳量低而不能采用熱處理來進行強化，塑性應變量主要取決于材料進一步變形所需要的壓力。激光沖擊強化處理是一種提高金屬或者合金表面性能的高效的處理技術，它運用激光沖擊波產生的機械效應在金屬或者合金表面產生擁有一定厚度的殘余壓應力層，與此同時金屬或者合金的抑制疲勞損壞的性能得到大程度提升，此外得到提升的還有耐磨性以及耐腐蝕性。

 在過去的二十年中，已經有大量的關于激光沖擊不銹鋼管機械性能以及微觀組織的研究?！皢蚊}沖激光噴丸處理304不銹鋼管的殘余應力釋放以及對微觀硬度的影響”的研究結果表明，這種處理方法可以提高沿平行于一個機械孿晶方向的殘余應力釋放以及微觀硬度分布的均勻性。同樣，這種方法處理304不銹鋼管前后在深度方向的微觀硬度與微觀組織存在狀態的研究最終建立了“304不銹鋼管晶粒位錯變形機制”。這種沖擊方法處理后不銹鋼管材料的表面微觀硬度的提高可能取決于表層受到沖擊后產生的位錯密度的增加。事實上，對于堆垛層錯能較低的金屬材料，位錯孿晶在塑性變形中占主導地位，孿晶厚度以及相鄰孿晶間距隨著應變率的增加而增加。

 以上的研究主要集中在激光沖擊產生的嚴重塑性變形所導致的機械性能以及變形方法方面。機械孿晶交叉是不銹鋼管表面粗晶細化的主要方式，超聲波處理，噴丸處理以及表面機械研磨等常規表面強化方法都能產生這種效果。本課題組第一次發現了在采用這種強效沖擊的過程中“不銹鋼管晶粒內出現了第三個方向的機械孿晶”并發表在之前的成果中。我們推測在四次及以上這種方式處理過后，304不銹鋼管表層晶粒內也許會出現多于之前方向甚至第N個方向的這種孿晶，最終由于大的極向誤差把亞微米三角形纏結細化為不規則形狀的亞微米纏結。此外，三個方向機械孿晶的產生機制尚待確定，這些問題都具有很大的研究意義。

 第三個方向的機械孿晶交叉是多次以這種方式沖擊此種類型不銹鋼管表層晶粒發生細化的占大多數比例的形式。然而，在激光沖擊的過程中，關于機械孿晶方向與滑移系統之間的關系的研究之前并沒有涉及到。在工程應用中，大面積激光沖擊是一種有效的獲得均勻殘余應力的方法，不同的激光能量會導致金屬構件表面不同區域的塑性變形。此外，激光沖擊會使奧氏體不銹鋼管表面粗糙度加劇，怎樣使表面粗糙度滿足工業要求是另一個需要考慮的問題。

 本章旨在探討采用這種先進表面處理方式對304不銹鋼管進行多種能量大面積沖擊后，其表面粗糙度和晶粒細化所發生的變化，并揭示其變化規律。同時對晶粒細化過程中多方向機械孿晶交叉作用給予了重要關注，建立了孿晶方向與晶?；葡到y之間的聯系。

 本章中研究了不同能量大面積激光沖擊對304不銹鋼管的表面粗糙度與微觀組織演變的影響，并提出了晶粒細化機制，同時對三種試樣進行EBSD分析。所得主要結論如下：

 1. 大面積激光沖擊增加了原始試樣的表面粗糙度，采用6J激光能量沖擊可以獲得一個與3J激光能量沖擊相比相對光滑的表面，6J時表面粗糙度為0.947μm，而3J時的表面粗糙度為1.226μm。這一現象主要的主要原因是6J激光能量相對應地可以獲得比3J激光能量更大的有效變形區域。

 2. 與原始試樣中60°取向角峰值9%的比例相比，3J激光能量沖擊后取向角峰值比例為46%，6J激光能量沖擊后取向角峰值比例為40%。同時，大量的~60°<111>形變孿晶出現在304不銹鋼管的激光沖擊強化層。這些現象表明大面積激光沖擊可以通過孿晶分割來細化304不銹鋼管表層的原始粗晶。

 3. 對于激光沖擊試樣，隨著距離上表面深度的增加，機械孿晶的寬度逐漸減小，而相鄰孿晶之間的間距逐漸增大。此外，隨著脈沖能量的增加，相同位置機械孿晶的寬度增加而孿晶間距基本保持不變。伴隨著機械孿晶的出現，激光沖擊波誘導的塑性變形同樣導致了ε馬氏體的轉變。

 4. 激光沖擊波誘導的塑性變形層中第四個方向的機械孿晶交叉第一次被發現，孿晶孿晶交叉占據了塑性變形的主要部分?；谖⒂^區域的激光沖擊次數以及304不銹鋼管的遺傳晶體結構，提出了低堆垛層錯能面心立方合金孿晶面的最大值。此外，激光沖擊波機械效應下一個基于四個方向機械孿晶交叉的晶粒細化機制被提出。