不锈钢（Q345/0Cr18Ni10Ti）钢板爆炸硬化性能的探究

文/杨洋 郭晶晶 闫志敏，赤峰工业职业技术学院；国网内蒙古东部电力有限公司 克什克腾旗分公司；内蒙古工业大学 材料科学与工程学院

1 研究内容

本文选取不锈钢（Q345/0Cr18Ni10Ti）钢板的试验样品，计算炸药用药量，在爆炸药量的计算方法中，计算钢板爆炸的极限药量（爆炸焊接的药量），然后选择梯形药盒，对比样品在不同区域爆炸药量下硬度的变化以及硬化层的变化。在远离市区的专业爆炸场地，按照预先设定的工艺参数生产试验样品，为后续实验打下基础。试验后，截取试样，经过抛光侵蚀等工艺过程后，在晶相显微镜Z EISS-AX10电镜下观察，可以清楚的观察到晶粒的大小变化，并进行晶相分析，再用HX-1000 TM 显微硬度计，测定钢板硬度的显微硬度，对结果进行分析。

2 晶粒观察

将制作好的试样，在ZEISS-AX10型金相镜下进行组织观察，分别得到退火态及爆炸态试样在不同倍数下的金相组织图片如下图1。

图1 试样的显微金相图

通过对比金相照片，我们可以清除的看出图片中晶粒大小的变化和晶粒度的变化。我们可以观察图1的第一组照片（图(a)、图(b)）200倍晶相显微镜下：爆炸后试样边缘和退火态试样边缘的对比图片，可以看出爆炸态试样的晶粒排列不规则，而且晶粒的大小明显比退火态试样小，而且在爆炸态试样边缘出现一层比退火态厚的硬化层。同样通过观察对比爆炸态试样边缘与爆炸态心部组织的金相图片，我们可以清楚的看到爆炸态试样的边界要比心部黑的多，试样晶粒的大小与退火试样有很大的不同。

第二组照片（图(c)、图(d)）在500倍晶相显微镜下：爆炸态试样与退火态试样比较发现，前者晶粒腐蚀明显，说明其晶粒变得细小，靠近薄层处晶粒更是细小，爆炸硬化层还是呈黑色；爆炸态边缘照片与爆炸态心部照片比较，发现爆炸态边缘试样的晶粒比心部变得细小且晶界变多。通过相图对比分析，爆炸后材料的晶粒变细，晶界变多，而且在最外表面有一层呈黑色组织。

我们知道，晶体的强度随晶粒的细化而提高，这种用细化晶粒来提高材料的方法称为细晶强化。试样在爆炸变形后，晶界上的原子排列不规则，杂质和缺陷多，能量较高，阻碍位错的通过，即晶界对塑性变形起阻碍作用。晶界越多，即晶粒越细，材料的强度越高，这就是细晶强化的本质。

由此，我们知道爆炸后的试样的晶粒明显要比退火态的保留式样的细，而且药量越大，细化效果越明显。在同一试件中，靠近硬化层边界的硬化强度也要比心部的大。

图2 试样的显微金相图

3 试验材料显微硬度分析

截取爆炸态材料和退火态材料单位面积试样分别进行截面硬度对比分析，每个试样从表面沿纵截面向里间隔1mm打硬度点5个，然后取平均值。金属板试样爆炸后,对金属板试样和退火后的保留试样进行了显微硬度测试，数据如下表1所示。

表1 试件的显微硬度数据

注：从表面开始打硬度，每隔0.5mm打一次

经观察，试样爆炸后的硬度提高33%。爆炸后试样的硬度得到了明显的改变，结合显微晶相图，这更说明爆炸后晶粒得到细化，从而提高了试样的强度，也使材料具有更好的综合机械性能。

4 结论

本试验采用爆炸的方式，研究不锈钢板在爆炸后产生的硬化层，从而进行研究硬化层晶粒大小及硬度的逐渐变化。爆炸变形会引起金属性能的显著变化，这就和爆炸变形的微观过程有关，实验发现爆炸过程有以下一些微观特点：

1.（Q345/0Cr18Ni10Ti）不锈钢确实可以发生硬化。

2.（Q345/0Cr18Ni10Ti）不锈钢爆炸硬化表面晶粒细化，晶界增多，试样内部晶粒细化不明显。

3.（Q345/0Cr18Ni10Ti）不锈钢爆炸硬化后硬度明显比退火态硬度高。

本次试验主要研究不锈钢板爆炸成形后硬化机理、硬化规律、硬度提高程度。在不锈钢的材料方面作了很多努力，使高温硬度有很大提高，很好地解决影响钢表面的硬化问题，这些对延长不锈钢工件使用寿命有积极意义。