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材料热处理学报 2017年第4期38卷 165-172页

作者：刘瑞良韦朝阳徐昂闫牧夫乔英杰哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院超轻材料与表面技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院金属精密热加工国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150001

对AISI431马氏体不锈钢进行低温等离子体改性处理,通过金相观察、X射线分析等对渗层组织结构进行表征,利用显微硬度仪以及腐蚀极化曲线等对渗层硬度和耐蚀性能进行测试。结果表明,通过低温改性处理,均可在不锈钢表面获得含有"膨胀"α相... 详细信息

对AISI431马氏体不锈钢进行低温等离子体改性处理,通过金相观察、X射线分析等对渗层组织结构进行表征,利用显微硬度仪以及腐蚀极化曲线等对渗层硬度和耐蚀性能进行测试。结果表明,通过低温改性处理,均可在不锈钢表面获得含有"膨胀"α相的渗层,其中渗氮处理后表面主要含Fe4N和含氮"膨胀"α相,渗碳处理后表面主要为含碳"膨胀"α相,且渗氮层厚度明显大于渗碳层厚度。经低温改性处理后,不锈钢表面硬度显著提升,且渗氮层硬度高于渗碳层硬度。然而,在本试验条件下渗氮渗碳的不锈钢耐蚀性能均略有下降,和渗氮相比,渗碳处理后的试样耐蚀性能更差,且在腐蚀过程中,两类渗层表面所产生钝化膜均为具有n型半导体特性。

关键词：不锈钢低温等离子渗氮渗碳 “膨胀”α相耐蚀性能

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马氏体不锈钢表面“膨胀”α相层制备及其性质的第一性原理研究

马氏体不锈钢表面“膨胀”α相层制备及其性质的第一性原理研究

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作者：杨前程哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

马氏体不锈钢被广泛用于应用于航空航天等领域的关键装备零部件。随着科技的进步,对马氏体不锈钢性能的要求也越来越高,经常规热处理的马氏体不锈钢的性能已经无法满足日益苛刻的要求。本课题以1Cr17Ni2及0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢为... 详细信息

马氏体不锈钢被广泛用于应用于航空航天等领域的关键装备零部件。随着科技的进步,对马氏体不锈钢性能的要求也越来越高,经常规热处理的马氏体不锈钢的性能已经无法满足日益苛刻的要求。本课题以1Cr17Ni2及0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢为研究对象,采用新型低温气体渗氮技术对其进行表面改性处理,分析和测试低温渗氮层组织结构和性能,研究退火处理(560℃的服役温度)对低温渗氮层组织结构和性能的影响。并通过典型低温渗氮生成相电子结构和性质的第一性原理计算,探讨低温渗氮层形成及其强韧化机理。试验结果表明,1Cr17Ni2和0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢经过390～450℃气体渗氮处理后,可在不锈钢表面形成7-32μm的低温渗氮层,随着渗氮温度和渗氮时间的延长,渗层厚度增加,在相同渗氮条件下,0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢表面渗层的层厚度大于1Cr17Ni2不锈钢表面的渗氮层厚度,渗氮层主要由含氮“膨胀”α相和FeN相组成,合金元素Cu、Nb元素的存在,有利于“膨胀”α相的生成。随着渗氮温度和渗氮时间的增加,“膨胀”α相含量增加,FeN相含量减少。1Cr17Ni2和0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢渗层表面硬度分别可达1440 HV和1420 HV,且随着渗氮时间的延长,渗层硬度增加。经过低温渗氮处理后,1Cr17Ni2和0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢表面耐磨性均明显改善,随时渗氮温度的提高和渗氮时间的延长,耐磨性提高。第一性原理计算结果表明,FeN和FeN相满足能量稳定,其理论计算硬度可达5.96GPa和6.64 GPa。对Fe系“膨胀”α相结构,在含氮量小于20%是稳定的,在含氮量小于5.9%是易形成的,且满足能量稳定性,其理论计算硬度随着含氮量的增加,先增加后降低。Fe-Cr系、Fe-Cr-Ni系,Fe-Cr-Ni-Cu系“膨胀”α相结构均不易形成,但形成后稳定性,且随着氮含量的增加而增加,Fe-Cr系“膨胀”α相结构的硬度高于Fe-Cr-Ni系结构和Fe-Cr-Ni-Cu系结构的“膨胀”α相结构的硬度。以上低温渗氮生成相的电子结构和性能的计算结果为分析低温渗氮层的相结构组成和性能变化提供了理论基础。

关键词：马氏体不锈钢低温渗氮 “膨胀”α相组织结构第一性原理计算

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合金元素对不锈钢表面“膨胀”α相形成及性能的影响研究

合金元素对不锈钢表面“膨胀”α相形成及性能的影响研究

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作者：石宇哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：不锈钢 “膨胀”α相低温热扩渗合金元素组织结构耐磨性能

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不锈钢表面低温热扩渗层稳定性研究进展

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表面技术 2019年第11期48卷 124-130页

作者：刘瑞良石宇杨前程闫牧夫哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学超轻材料与表面技术教育部重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001

概述了典型低温热扩渗技术种类与特点,归纳了低温热扩渗技术研究的材料体系以及合金元素对不锈钢表面低温热扩渗层的形成及稳定性的影响。重点综述了奥氏体不锈钢表面低温热扩渗层制备技术和"膨胀"γ相层稳定性研究的发展现状和取得的成... 详细信息

概述了典型低温热扩渗技术种类与特点,归纳了低温热扩渗技术研究的材料体系以及合金元素对不锈钢表面低温热扩渗层的形成及稳定性的影响。重点综述了奥氏体不锈钢表面低温热扩渗层制备技术和"膨胀"γ相层稳定性研究的发展现状和取得的成果,包括奥氏体不锈钢表面低温渗氮技术制备的含氮"膨胀"γ相层,低温渗碳技术制备的含碳"膨胀"γ相层,以及低温氮碳共渗和低温渗氮+低温渗碳或低温渗碳+低温渗氮复合技术制备的含氮、碳"膨胀"γ相层等低温热扩渗层的稳定性及其合金元素影响的研究现状,包括气体法、液体法、等离子体法和等离子体湮没注入法等。同时归纳了Co-Cr合金、高熵合金、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等材料表面低温热扩渗层的制备及"膨胀"α相层热稳定性的研究现状。基于不锈钢表面低温热扩渗层制备和热稳定性研究现状的分析,展望了未来不锈钢表面低温热扩渗领域,特别是低温热扩渗层稳定性的研究发展方向。

关键词：不锈钢低温热扩渗 “膨胀”γ相 “膨胀”α相

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不锈钢表面低温气体渗氮层组织结构及合金元素对其的影响

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材料热处理学报 2021年第4期42卷 145-152页

作者：石宇刘瑞良杨前程哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院超轻材料与表面技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150001

采用低温气体渗氮工艺对1Cr17和1Cr17Ni2不锈钢进行表面改性处理。利用光学显微镜、X射线衍射分析(XRD)、X光电子谱分析仪(XPS)、显微硬度计等研究了不同工艺下渗氮层的组织结构和硬度,获得渗层增长动力学曲线,分析合金元素对渗层组织... 详细信息

采用低温气体渗氮工艺对1Cr17和1Cr17Ni2不锈钢进行表面改性处理。利用光学显微镜、X射线衍射分析(XRD)、X光电子谱分析仪(XPS)、显微硬度计等研究了不同工艺下渗氮层的组织结构和硬度,获得渗层增长动力学曲线,分析合金元素对渗层组织结构和渗层增长的影响。结果表明:采用低温气体渗氮处理可在不锈钢表面形成一定厚度的致密且完整的改性层,不锈钢表面硬度显著提升。渗氮层主要由含氮"膨胀"α相(αN)和Fe_(2~3)N相组成。Ni元素有利于含氮"膨胀"α相的形成和渗层厚度的增加以及渗层硬度的提高。

关键词：不锈钢低温气体渗氮 “膨胀”α相组织结构生长动力学

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