奥氏体不锈钢是铁路车厢结构应用的首选材料，它们已经被广泛用于公共汽车和客车的结构框架和车身镶板。奥氏体不锈钢是汽车车身结构应用的理想选择，除了可以减轻重量、增强耐撞性和耐腐蚀性外，还可以回收利用。其中12Cr17Mn6Ni5N就是奥氏体不锈钢的代表性材料，12Cr17Mn6Ni5N具有耐蚀性强、成型性好、价格低廉等优点。该材料将坚韧的机械性能和耐火性能与优异的可制造性相结合，在冲击下，高强度不锈钢提供了与应变率相关的优异能量吸收，它是革命性的“空间框架”车身结构概念的理想选择。而在车身结构中不乏有很多焊接场景，所以说焊接后的12Cr17Mn6Ni5N力学性能是个特别值得研究的内容。近年来，也有一些研究人员对焊接后的12Cr17Mn6Ni5N进行了一些研究。
广州大学梁忠伟教授团队采用单一变量法控制强化改性研磨加工时间，在12Cr17Mn6Ni5N钢表面进行强化改性研磨处理，研究了强化研磨工艺对12Cr17Mn6Ni5N焊缝表层组织和拉伸性能的影响，为焊接后的奥氏体不锈钢表面强化工艺的研究提供了参考。
通过扫描电镜拍摄不同加工时长样品的表面微观形貌。经过拉丝处理的母材具有相对光滑的表面，仅有少量划痕（图1a）。相比之下，强化处理后显示出明显的粗糙表面相貌。在加工过程中观察到许多不规则的形状，如不规则的裂纹、凹坑和堆积。特别是在加工时间为3 min的样品（图1d）中，表面裂纹和堆积最多、最明显，这是由钢球的冲击和研磨粉的微切削造成的。
如图2a在强化加工之前，晶粒内部随机分布了少量的短位错，是材料在制备过程中受到后处理的影响。由图2b可知，当冲击波压力向材料内部传播时，晶界处首先发生局部的应力集中，原子产生位错并在晶粒内部滑移。由图2c可知，位错滑移受到晶界的阻碍并在晶界附近发生塞积、缠绕形成位错缠结和位错墙，位错缠结和位错墙相互作用进而形成位错胞。由图2d可知，随着塑性变形量的持续增加，位错密度上升，位错不断被压缩并向位错墙和位错胞积聚，位错墙和位错胞周围的位错发生湮灭和重排进而形成亚晶界。由图2e~f可知，位错继续在亚晶界附近积聚，不断提高晶界周围的取向差，晶界取向差角度的不断增加最终导致粗晶粒被分割成等轴的细化晶粒。
如图3所示为不同加工时长下样品的拉伸应力-应变曲线图。可以看出，在弹性阶段所有样品的变化趋势一致，随着应力的增大材料开始屈服，随后进入稳定的塑性变形阶段，随着应变的增加，应力缓慢达到各自对应的最大值，分别为605.83、636.65、650.25、667.43 MPa，随后应力快速下降直达颈缩断裂。从图3中可以看出，强化研磨可以提高激光焊接12Cr17Mn6Ni5N的屈服强度和抗拉强度，但延展性有所降低。
1）强化改性研磨工艺能够有效改善激光焊接12Cr17Mn6Ni5N表层特性。随着加工时间的增加，激光焊接12Cr17Mn6Ni5N表面微观织构越多，表面粗糙度越高，三维形貌高度差先增加后减少，硬度和残余应力越高，组织致密的强化层越厚。
2）通过室温拉伸试验和表层断口形貌分析，验证了强化改性研磨方法有效提高了激光焊接12Cr17Mn6Ni5N的抗拉强度和屈服强度，且在一定范围内加工时间越长提升效果越明显，但延伸率有所下降。
该文章发表在《表面技术》第53卷第15期。
引文格式：何鹏, 谢鑫成, 陈嘉懿, 等. 强化改性研磨时间对 12Cr17Mn6Ni5N 钢表层特性及拉伸性能的影响[J]. 表面技术, 2024, 53(15): 173-183.
HE Peng, XIE Xincheng, CHEN Jiayi, et al. Effect of Strengthening Grinding Time on Surface Layer Properties and Tensile Properties of 12Cr17Mn6Ni5N Steel[J]. Surface Technology, 2024, 53(15): 173-183.
DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.15.016【扫码关注我们】
审核|汪 潇
编辑|邓李旸
