几种合金钢的表面纳米化和渗氮行为研究

论文摘要

表面纳米化和渗氮相结合的复合表面强化手段,不仅能够有效地改善材料表面的硬度,而且可以降低渗氮温度、缩短渗氮周期,有很广泛的应用前景。表面纳米化材料的低温渗氮已经有了比较系统的研究,实验渗氮温度均在500℃以下。退火研究表明,在500℃～550℃温区,表面纳米化钢铁材料的晶粒尺寸仍可保留在亚微米量级,其对渗氮过程也有一定的促进作用。本工作对在该温区的复合渗氮进行了研究。首先采用表面机械研磨技术（SMAT）分别对20CrMo钢、42CrMo钢、40Cr钢、和0Cr18Ni9不锈钢进行表面纳米化,再对不同材料的表面纳米化样品和原始样品进行530℃渗氮,利用金相显微镜、X-射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、显微硬度计等手段对渗氮层进行了结构和硬度的详细分析。研究表明：20CrMo钢、42CrMo钢、40Cr钢和0Crl8Ni9钢经过表面机械研磨处理可以发生强烈塑性变形,实现材料的表面纳米化。样品表层的塑性变形随着距表面深度的增加,呈梯度变化,晶粒尺寸逐渐增大。530℃离子渗氮实验表明,SMAT样品的表层晶粒长大为亚微米晶,但未发生再结晶。样品的渗氮层可分为化合物层和扩散层,SMAT样品的表层硬度高于粗晶样品,渗层深度大于粗晶样品。SMAT样品的化合物层厚度约10μm,扩散层中的氮化物呈颗粒状析出,针状氮化物被抑制。530℃气体渗氮实验表明,去除表面白亮层的渗氮20CrMo钢样品通过表面机械研磨处理后,其表面硬度与原始渗氮样品的白亮层硬度接近,但脆性降低。42CrMo钢和40Cr钢的表层化合物均由Fe2N和Fe3N组成,两种材料的表层硬度相似,但42CrMo钢的次表层硬度高于40Cr钢。0Cr18Ni9钢的表层硬度可高达2000HV,这主要是由于析出了硬度很高的Cr2N。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 气体渗氮工艺
• 1.1.1 气体渗氮工艺的形成和发展
• 1.1.2 气体渗氮的基本过程
• 1.2 离子渗氮简介
• 1.2.1 离子渗氮技术简介
• 1.2.2 离子渗氮理论
• 1.3 表面纳米化简介
• 1.3.1 表面纳米化材料制备方法
• 1.3.2 表面纳米化材料的性能
• 1.4 表面纳米化后低温渗氮的研究现状
• 1.5 本论文研究的目的和意义
• 第2章 试验方法及原理
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 结构与性能分析
• 第3章 表面纳米化20CrMo钢的渗氮
• 3.1 表面纳米化20CrMo钢的结构观察
• 3.1.1 表面纳米化20CrMo钢的横截面形貌
• 3.1.2 表面纳米化20CrMo钢的透射电镜观察
• 3.1.3 表面纳米化20CrMo钢的X射线分析
• 3.2 表面纳米化20CrMo钢的离子渗氮
• 3.2.1 渗氮样品的截面形貌
• 3.2.2 渗氮样品的x射线分析
• 3.2.3 渗氮样品的硬度分析
• 3.3 20CrMo的气体渗氮研究
• 3.3.1 渗氮样品与无化合物层样品分析
• 3.3.2 氮化球磨样品与渗氮样品的分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 其他表面纳米化材料的气体渗氮
• 4.1 42CrMo钢的气体渗氮研究
• 4.1.1 表面纳米化42CrMo钢的结构分析
• 4.1.2 表面纳米化42CrMo表面粗糙度分析
• 4.1.3 表面纳米化42CrMo钢的气体渗氮
• 4.2 40Cr钢的气体渗氮研究
• 4.2.1 表面纳米化42CrMo钢的结构分析
• 4.2.2 表面纳米化40Cr钢的气体渗氮
• 4.3 OCr18Ni9钢的气体渗氮研究
• 4.3.1 表面纳米化OCr18Ni9钢的结构观察
• 4.3.2 表面纳米化OCr18Ni9的气体渗氮
• 4.4 渗氮结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢