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X80管线钢焊接接头表面纳米化及其对疲劳性能的影响

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第一章绪论

1.1前言

1.2材料的表面纳米化

1.2.1表面纳米化的制备方法

1.2.2表面纳米化对材料性能的影响

1.2.3表面纳米化应用前景预测

1.3 X80管线钢概述

1.4焊接接头疲劳评定方法

1.5一般表面处理对疲劳性寿命的影响

1.6论文研究背景、内容

第二章X80管线钢焊接接头表面纳米化处理及微观结构表征

2.1前言

2.2实验材料

2.3实验设备

2.4实验分析测试方法

2.4.1金相显微镜观察

2.4.2透射电镜观察

2.4.3扫描电镜观察

2.4.4显微硬度测量

2.5实验结果与讨论

2.5.1金相显微镜观察分析

2.5.2扫描电镜观察分析

2.5.3透射电镜观察分析

2.5.4显微硬度测量分析

2.6本章小结

第三章表面纳米化对X80管线钢焊接接头疲劳性能的影响

3.1前言

3.2实验材料及方法

3.2.1静力拉伸试验

3.2.2疲劳试验

3.3试验结果分析及讨论

3.3.1静力拉伸试验

3.3.2疲劳试验结果分析与讨论

3.4疲劳断口显微观察分析

3.4.1疲劳断口的扫描电镜观察与分析

3.4.2疲劳断口的金相观察与分析

3.5表面纳米化对疲劳性能影响的机理分析

3.5.1纳米晶表面层裂纹形核研究

3.5.2表面粗糙度对疲劳性能的影响

3.5.3残余应力对疲劳性能的影响

3.6本章小结

第四章全文结论与展望

4.1全文结论

4.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间所发表的论文

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摘要

材料在使用过程中所受的疲劳破坏,在大多数情况下是从材料的表面开始或受材料表面性能控制,如果在材料的表面制备出一定厚度、性能优异的纳米结构表层,即实现表面纳米化,就可以通过表面组织性能的优化来提高材料的疲劳性能。 本文采用表面机械研磨处理(SMAT)方法,应用金属材料表面纳米化实验机对X80管线钢焊接接头试样进行表面处理,并对表面处理后的试样进行金相显微观察、透射电镜、显微硬度测量和扫描电镜观察和表征。对不同的表面处理工艺(处理时间分别为60分钟和90分钟)的试样进行疲劳试验,研究表面处理对处理样品的低周疲劳行为的影响,最后用扫描电镜观察疲劳试样断口并进行分析。 研究结果表明:通过表面机械研磨处理X80管线钢焊接接头,在焊接接头表面层获得了纳米层组织,母材、热影响区和焊缝表层平均晶粒尺寸为6.7nm、8.7nm和13.4nm。纳米化处理提高了焊接接头的疲劳寿命,处理60分钟试样疲劳寿命较原始焊态提高了1.67~3.79倍,处理90分钟试样疲劳寿命较原始焊态提高了2.567~7.46倍:也提高了焊接接头的疲劳极限(对应于2×106周次),处理60分钟试样较原始焊态试样疲劳极限提高10.02%,处理90分钟试样较原始焊态试样疲劳极限提高15.64%。

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