合金元素对不锈钢表面“膨胀”α相形成及性能的影响研究

作     者：石宇 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘瑞良;李兴东

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：不锈钢 “膨胀”α相 低温热扩渗 合金元素 组织结构 耐磨性能 

摘      要：马氏体型和铁素体型不锈钢(体心立方结构不锈钢)具有良好的机械性能和耐腐蚀性能,被广泛的应用在工业领域。但是在某些极端服役环境下(重载、高温、高疲劳、高磨损等),其耐磨性不足,极大地限制了应用范围。因此,需要对材料进行表面改性处理,其中低温渗氮(碳)处理具有处理温度低,渗层性能优异等特点,是不锈钢表面改性理想的选择之一。本文以1Cr17和1Cr17Ni2等体心立方结构不锈钢为研究对象,进行低温气体、等离子体渗氮以及低温等离子体渗碳等低温热扩渗的处理,在不锈钢表面获取单一的“膨胀α相层,探究合金元素、工艺条件等对“膨胀α相的形成及性能的影响规律。借助金相、XPS、XRD、EDS等组织结构表征手段和硬度、摩擦磨损及腐蚀等性能测试,建立不锈钢表面“膨胀α相层增厚动力学和扩散动力学方程,分析合金元素和工艺参数对“膨胀α相形成和性能的影响规律。研究结果表明,经低温热扩渗处理可在不锈钢表面形成了一定厚度的白色的渗层,金相组织致密且完整;低温渗氮(碳)后氮(碳)层的主要成分为α(α)和氮(碳)化物相;渗层的厚度均随着时间和温度的增加而增加;渗氮(碳)增厚动力学模型符合的抛物线规律;渗层厚度随着时间的延长而增加,获得了气体低温渗氮、等离子体低温渗氮/渗碳动力学曲线,表明渗氮/渗碳增厚动力学渗层厚度变化基本符合抛物线规律;Ni元素的存在导致了不锈钢渗层厚度的增加,以及性能的强化;1Cr17Ni2不锈钢等离子体低温渗碳过程中,碳元素的扩散激活能为262 k J·mol;经低温渗氮或渗碳的1Cr17Ni2不锈钢的耐磨性以及耐腐蚀性能均要优于经低温渗氮或渗碳的1Cr17不锈钢,表明Ni元素的存在有利于不锈钢表面“膨胀α相的形成及性能的改善。