表面機械研磨及滲氮作用下純鐵顯微組織與力學性能研究.pdf

1、表面機械研磨處理可以在金屬材料表面形成一定厚度納米結(jié)構(gòu)層，而不改變材料的整體結(jié)構(gòu)和化學成分。表面納米化不僅有效地改善了材料的表面性能，如硬度，摩擦磨損等，而且其所具有的梯度結(jié)構(gòu)還有效提高了材料的整體力學性能。另外，金屬材料表面納米化后表層大量的晶界為氮原子提供了快速擴散通道，可有效降低滲氮溫度，加速滲氮過程，從而獲得較厚的滲氮層。
　　本文采用表面機械研磨處理(SMAT)的方法對純鐵材料進行表面納米化，然后對SMAT樣品和粗晶樣品

2、進行氣體滲氮。利用X射線、掃描電鏡、透射電鏡等對SMAT Fe組織結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性進行了分析。研究了表面納米化后純鐵的拉伸性能以及軋制對SMAT Fe性能的影響。另外，對納米化純鐵在500℃滲氮后組織及其力學性能進行了研究。主要研究結(jié)果如下:
　　表面機械研磨處理后純Fe樣品表層形成了150μm厚的塑性變形層，最表面晶粒尺寸約為10nm，晶粒取向隨機分布。最外層硬度顯著提高，并隨深度增加而減小。表層納米晶層對位錯有阻礙作用及本身缺少

3、可動位錯以及細晶層的加工硬化使SMAT Fe的強度比粗晶鐵明顯提高，延伸率下降;拉伸變形過程中，基體的斷裂表現(xiàn)為韌性斷裂，表層為脆性斷裂。
　　SMAT Fe表層具有很好的熱穩(wěn)定性，在500℃退火2小時，表層晶粒沒有明顯長大。SMAT Fe經(jīng)過冷軋?zhí)幚砗?，表面粗糙度降低，表面強化層變薄，整體強度明顯增加，塑性明顯下降;550℃退火后，表層晶粒保持較好的穩(wěn)定性，基體發(fā)生再結(jié)晶。
　　經(jīng)過表面機械研磨處理后，具有納米結(jié)構(gòu)表層的純