中低碳鋼表面納米化對(duì)低溫氣體滲氮行為的影響.pdf

1、納米晶體材料晶粒細(xì)小,界面密度高,表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)、物理和化學(xué)性能,但是目前很難制備理想的三維塊體納米晶；而材料的失穩(wěn)(比如磨損,腐蝕,疲勞等)多發(fā)生在材料表面,若在材料的表面制備出一定厚度的表面納米層,可利用納米晶的優(yōu)異特性來(lái)提高材料的表面的性能。金屬表面自身納米化處理可以在金屬材料的表面獲得納米晶組織,且納米結(jié)構(gòu)層與基體之間沒(méi)有明顯的界面,在使用過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橥饨鐥l件的變化而發(fā)生剝層和分離,能夠提高材料整體的服役行為。 氣體

2、滲氮是工業(yè)生產(chǎn)中提高材料表面性能的常用技術(shù)之一。表面晶粒細(xì)化可有效地加速化學(xué)熱處理過(guò)程,納米材料擁有豐富的晶界、位錯(cuò)等缺陷,這些缺陷為原子擴(kuò)散提供了快速擴(kuò)散的通道,可大大降低滲氮的溫度,縮短滲氮的時(shí)間,提高元素滲入的濃度和深度。 本文采用超音速微粒轟擊(SFPB)技術(shù)對(duì)40Cr和20Cr鋼表面進(jìn)行轟擊處理,在材料表層獲得納米晶組織。利用X衍射、光學(xué)電鏡、透射電鏡、顯微硬度測(cè)量?jī)x和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等測(cè)試技術(shù)對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能

3、進(jìn)行了測(cè)試分析,對(duì)表面納米化的形成機(jī)理及其對(duì)性能的影響進(jìn)行了初步的探討。并對(duì)表面納米化處理后的試樣分別在300℃,350℃,400℃,450℃下進(jìn)行了氣體滲氮實(shí)驗(yàn),利用金相法,硬度法和XRD法對(duì)滲氮后的試樣進(jìn)行了表征,討論了實(shí)現(xiàn)低溫氣體滲氮的原理。主要研究結(jié)果如下： 1)SFPB處理以后,40Cr鋼和20Cr鋼試樣表面均已形成等軸,隨機(jī)取向的納米結(jié)構(gòu)層,最表面晶粒尺寸達(dá)到10nm左右。40Cr鋼SFPB表面納米化最佳工藝為0.4

4、MPa氣壓下,轟擊時(shí)間為60s～480s; 20Cr鋼最佳工藝轟擊氣壓0.2MPa,轟擊480s～3600s,納米層厚度為30μm左右；隨著距表面距離的增加,晶粒尺寸增大,塑性變形量減??； 2)SFPB處理后表面顯微硬度明顯增大,為原始試樣的二倍以上；摩擦磨損性能也有所提高,表現(xiàn)為摩擦系數(shù)減小,磨損量減少： 3)SFPB處理的試樣,在300℃低溫,滲氮時(shí)間9h即可實(shí)現(xiàn)快速滲氮,表面形成化合物主要以γ'相為主,并含有少量的