17-4PH钢表面纳米化与脉冲等离子体稀土渗氮研究

论文摘要

本文对17-4PH钢的表面纳米化工艺,脉冲等离子渗氮工艺进行了研究。通过喷丸、激光表面淬火及喷丸与激光表面淬火复合处理技术,对17-4PH的表面纳米化工艺进行了研究。试验结果表明,激光表面淬火可以在材料表面层获得亚微米级晶粒,喷丸及喷丸+激光的复合处理工艺可以实现材料表面纳米化。通过有无喷丸表面等离子体稀土渗氮试验,得出了渗氮对材料表面硬度及喷丸对渗氮效果的影响规律。不同工艺下的喷丸试验结果表明,选用直径较大的丸粒,采用较大的压强,适当的延长喷丸时间,可以进一步细化表面层的晶粒,获得厚度较大的纳米化表层。XRD结果表明,喷丸可以实现17-4PH钢表面纳米化,最表层约20μm范围内的平均晶粒尺寸为89nm。TEM观察发现,距表面75μm处的亚晶尺寸小于100nm。激光表面淬火研究表明,降低扫描速度,增加功率可以在材料表层获得厚度更大的淬火层;选用适当的功率,增大扫描速度可以提高淬火层的晶粒细化程度;直接激光表面淬火可以在材料表层365μm范围内获得尺寸约1-2μm的晶粒,两次激光淬火可以在材料表层480μm范围内获得亚微米级晶粒;结合喷丸和激光表面淬火工艺特点,利用喷丸与激光表面淬火的复合处理技术,在材料表层获得了230μm厚的从纳米过渡到亚微米级的梯度晶粒。17-4PH在460°C脉冲等离子体稀土渗氮表明,渗氮12h可以在表层获得90μm的渗层,表面硬度约为HV1200。喷丸表面在稀土渗氮前期具有催渗作用,随渗氮时间的延长,催渗作用减弱,渗氮后期阻碍了渗氮。与未喷丸相比,喷丸渗氮显著提高了渗氮表层的显微硬度,可达HV1350。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属表面纳米化
• 1.2.1 表面纳米化概念
• 1.2.2 表面纳米化的分类
• 1.2.3 表面纳米化对材料性能的影响
• 1.2.4 表面纳米化进展
• 1.3 激光表面淬火
• 1.3.1 激光表面淬火概念
• 1.3.2 激光表面淬火工艺
• 1.4 材料表面等离子体渗氮
• 1.4.1 脉冲等离子体渗氮
• 1.4.2 纳米化表面渗氮
• 1.5 研究内容
• 第2章 试验材料与研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 试验工艺方案
• 2.3.1 高能喷丸工艺方案
• 2.3.2 激光表面纳米化工艺方案
• 2.3.3 脉冲等离子体稀土渗氮工艺方案
• 2.4 分析测试方法
• 2.4.1 金相（OM）观察
• 2.4.2 显微硬度测试
• 2.4.3 扫描电镜观察
• 2.4.4 X 射线衍射分析
• 2.4.5 透射电镜观察
• 第3章 高能喷丸表面纳米化工艺研究
• 3.1 喷丸层的OM 观察
• 3.2 喷丸层的SEM 观察
• 3.3 喷丸层的XRD 分析
• 3.4 喷丸层TEM 观察
• 3.5 表层晶粒细化机制
• 3.6 本章小结
• 第4章 激光表面纳米化工艺研究
• 4.1 固溶+激光表面淬火工艺探索
• 4.2 循环再结晶+激光表面纳米化工艺
• 4.2.1 矩形光斑激光表面纳米化工艺研究
• 4.2.2 圆形光斑激光表面纳米化工艺
• 4.3 喷丸与激光表面纳米化工艺初步研究
• 4.4 激光表面淬火晶粒细化机制探讨
• 4.4.1 固态相变的形核与晶粒长大
• 4.4.2 影响激光加热表层晶粒细化因素
• 4.4.3 激光表面淬火晶粒细化机制
• 4.5 本章小结
• 第5章 脉冲等离子体渗氮
• 5.1 金相观察及渗氮动力学
• 5.2 渗氮层中显微硬度分布
• 5.3 表面相结构的XRD 分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢