表面喷丸对Aermet100钢耐蚀性影响_魏梓林.pdf

第 20 卷 第 2 期 装 备 环 境 工 程 2023 年 2 月 EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 73 收稿日期：20220428；修订日期：20220621 Received：2022-04-28；Revised：2022-06-21 作者简介：魏梓林（1997），男，硕士研究生。Biography：WEI Zi-lin(1997-),Male,Postgraduate.通讯作者：卞贵学（1982），男，博士。Corresponding author：BIAN Gui-xue(1982-),Male,Doctor.引文格式：魏梓林,卞贵学,王安东,等.表面喷丸对 Aermet100 钢耐蚀性影响J.装备环境工程,2023,20(2):073-081.WEI Zi-lin,BIAN Gui-xue,WANG An-dong,et al.Effect of Surface Shot Peening on Corrosion Resistance of Aermet100 SteelJ.Equipment Environmental Engineering,2023,20(2):073-081.表面喷丸对 Aermet100 钢耐蚀性影响 魏梓林，卞贵学，王安东，张勇，杨文飞，吴省均，陈跃良（海军航空大学青岛校区，山东 青岛 266041）摘要：目的目的 探究表面喷丸处理对于 Aermet100 钢耐蚀性能的影响。方法方法 借助显微观察、电化学测量及 XRD分析等手段，开展喷丸与未喷丸 2 类 A100 钢试件的中性盐雾试验。结果结果 腐蚀形貌上，两者腐蚀表面变化均为先出现红褐色物质，后出现红棕色与绿色絮状物，在出现变化的时间上相差约 1 个周期。随着腐蚀时间增长，XRD 衍射峰发生右移，2 类试件 XRD 结果均在 144 h 变化明显。中性盐雾试验电化学结果与海洋环境下电化学结果在溶液电阻、腐蚀产物电阻和腐蚀反应电阻上均有差异，自腐蚀电位略低，自腐蚀电流则低了 2 个数量级。结论结论 两者腐蚀现象规律一致，XRD 衍射峰右移表明试件晶格参数变小。2 类试件腐蚀速率呈现增加到减缓再到增加的趋势。喷丸能明显提高 A100 钢的耐蚀性。关键词：耐蚀性；表面喷丸；A100 钢；形貌特征；极化曲线 中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)02-0073-09 DOI：10.7643/issn.1672-9242.2023.02.010 Effect of Surface Shot Peening on Corrosion Resistance of Aermet100 Steel WEI Zi-lin,BIAN Gui-xue,WANG An-dong,ZHANG Yong,YANG Wen-fei,WU Xing-jun,CHEN Yue-liang(Qingdao Campus of Naval Aviation University,Shandong Qingdao 266401,China)ABSTRACT:The work aims to investigate the effect of surface shot peening on the corrosion resistance of Aermet100 steel.By means of microscopic observation,electrochemical measurement and XRD analysis,the neutral salt spray test was carried out to the A100 steel specimens before and after shot peening.In terms of the corrosion morphology,the corrosion surfaces of two kinds of specimens firstly obtained reddish-brown material which then turned reddish-brown and green flocculent,and the time difference for these changes was about one cycle.With the increase of corrosion time,the XRD peaks shifted to the right,and the XRD results of the two kinds of specimens changed obviously at 144 h.The electrochemical results of neutral salt spray test were different from those under marine environment in solution resistance,corrosion product resistance and corrosion reaction resistance.The self-corrosion potential was slightly lower,while the self-corrosion current was two orders of magnitude lower.The corrosion laws of the two kinds of specimens are consistent and the XRD diffraction peak shifts to the right,indicating that the lattice parameters of specimens become smaller.The corrosion rates of the two kinds of speci-mens show a trend of increasing,slowing down and then increasing.Shot peening can obviously improve the corrosion re-sistance of A100 steel.74 装 备 环 境 工 程 2023 年 2 月 KEY WORDS:corrosion resistance;surface peening;A100 steel;morphology characteristics;polarization curve 20 世纪 50 年代，超高强度钢是材料领域中一个重要的研究成果，因其具有足够的韧性及较高的比强度和屈强比，已经广泛应用于桥梁建设、汽车制造等基础领域，以及原子能、空间站等先进技术领域1-2。在航空领域，超高强度钢主要用于制造飞机机身骨架部件，特别是飞机起落架、重要连接部位的连接销等3。Aermet100 超强钢（23Co14Ni12Cr3Mo）是我国先进战斗机中应用最多的超强钢，属于二次硬化型超高强度钢，因其具有一定韧性、优良的抗应力腐蚀疲劳开裂能力和较好的耐蚀性，已经广泛运用于沿海地区装备4。由于我国海洋环境高温、高湿、高盐的特点，非常容易导致结构腐蚀损伤5，国内外学者针对超高强钢的腐蚀损伤问题已经进行了许多研究。早在 1975 年，Pollock6就对潮湿环境下超高强钢的应力腐蚀开裂问题进行了研究，发现氮气或氩气的添加并不能阻止裂纹在水蒸气环境中的扩展，裂纹在水蒸气/氧气混合物中的扩展取决于水蒸气和氧气的分压，以及裂纹加载的应力强度。由此可见，国外学者对超强钢的腐蚀研究大多是针对实际工作中由腐蚀引发的力学问题，而国内对超高强钢的研究与国外基本一致。在 1981 年，张志明等7对 37SiMnCrMoV 钢焊接接头应力腐蚀开裂进行了分析，并改进了焊接工艺，防止了高压容器的低应力破坏，相比于国外迟了5 年左右。学者们除了针对高强钢的应力腐蚀问题进行研究外，还对不同环境与工艺处理条件下超高强钢的腐蚀特性进行了研究。钱昂等8用腐蚀电化学测试方法与微区电化学测试方法对盐雾腐蚀后的 A100钢开展了腐蚀特性的电化学研究，分析了表面腐蚀机理，发现在盐雾初期，腐蚀主要受到 Cl的影响，而中期腐蚀产物的堆积会阻碍 Cl的扩散，后期随着Cl的侵蚀，腐蚀产物层开裂，基体继续被腐蚀。杨永等9进行了起落架用 300M 超强钢的应力腐蚀分析，通过优化制造工艺、表面应力状态和表面处理方法，提高了起落架的抗应力腐蚀能力。可见，对超高强钢腐蚀损伤及腐蚀特性研究已经具有一定基础。喷丸强化是利用高速运动的弹丸撞击材料表面，产生残余压应力并改变区域组织结构，主要能够提高零件的疲劳强度，这种处理方法具有操作简便、耗能低、强化效果明显的特点10-11。Zheng 等12研究了喷丸强化对 S960 钢表面硬化后摩擦性能的影响，发现喷丸处理降低了表面摩擦系数与磨损量。张强宏等13通过对喷丸工艺改善，对车辆悬架螺旋弹簧进行了改进。赵西洋等14通过对某型作动筒延寿工作探寻，发现采用喷丸处理的方法能够将寿命延长 2 倍以上。Tsai等15研究了喷丸处理对敏化合金 600（UNSN06600）腐蚀和应力腐蚀开裂行为的影响，发现喷丸强化因为残余压应力和改善后的表面组织使得合金 600 延迟裂纹萌生。腐蚀问题是装备服役过程中不可避免的一个问题，现在我国已经从装备综合设计、材料与涂料选择、制造与使用过程中腐蚀防护与控制的诸多要点进行控制16，然而，对于喷丸处理对 A100 钢耐蚀性影响的研究还是鲜见的。张丹峰等17、钱昂18从质量损失率、电化学特性等角度针对海洋环境下 A100 钢的腐蚀特性进行了研究。本试验在他们的研究基础上，以喷丸处理与未喷丸处理的 A100 钢为研究对象，考察了其在不同盐雾腐蚀时间下的腐蚀形貌与 XRD 演变，并与上述海洋情况下 2 类试件电化学特性进行对比，来考察喷丸作用对一般中性盐雾试验后 A100 钢耐蚀性的改善。1 试验 1.1 材料及试件 试验所用 A100 钢化学成分见表 1。喷丸流程依据（SAE）AMS-S-131651997 进行，所用设备为 RT4-G80-4 数控喷丸设备，喷丸材料为铸钢喷丸，直径为0.5 mm，硬度为 55HRC62HRC，喷丸覆盖率为 200%。表 1 A100 钢的化学成分（质量分数）Tab.1 Chemical composition of A100 steel(mass fraction)%C Ni CrMoCo Mn Si Fe 0.2311.733.131.2513.85 0.10 0.1069.61 将喷丸与未喷丸的 A100 钢材料，分别线切割成10 mm10 mm3 mm 方形试样，取其中一个 10 mm 10 mm 作为工作面，除工作面外其余面均用环氧树脂封于 PVC 管中，并且在另一个 10 mm10 mm 的面引出一根导线便于测量。封好后，用乙醇和丙酮对表面进行清洗除去污渍，置于干燥皿中静置干燥后备用。1.2 盐雾试验 对经过喷丸处理与未喷丸处理的 A100 钢进行盐雾试验，所用设备为 YWX/Q-150 型盐雾箱。盐雾试验条件为 5%中性 NaCl 溶液，温度为(355)，盐雾沉降量为 2 mL/(80cm2h)，共设置 5 组，每组 3 个平行件，48 h 为 1 个周期，共做 6 个周期。1.3 形貌观察 对每个盐雾周期后的试件进行宏观与微观腐蚀形貌观察。微观形貌采用 Olympus DSX10-UZH 型体视显微镜，放大倍数为 100 倍。采用三维模式对 2 类腐蚀 288 h 试件进行形貌观察与记录。第 20 卷 第 2 期 魏梓林，等：表面喷丸对 Aermet100 钢耐蚀性影响 75 1.4 物相分析 采用 X 射线衍射仪（XRD）对每个周期腐蚀后的试件表面物质成分进