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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

中低碳钢表面纳米化对低温气体渗氮行为的影响

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中低碳钢表面纳米化对低温气体渗氮行为的影响

作者：路彩虹西安理工大学

学位级别：硕士

纳米晶体材料晶粒细小,界面密度高,表现出独特的力学、物理和化学性能,但是目前很难制备理想的三维块体纳米晶;而材料的失稳(比如磨损,腐蚀,疲劳等)多发生在材料表面,若在材料的表面制备出一定厚度的表面纳米层,可利用纳米晶的优异特性... 详细信息

纳米晶体材料晶粒细小,界面密度高,表现出独特的力学、物理和化学性能,但是目前很难制备理想的三维块体纳米晶;而材料的失稳(比如磨损,腐蚀,疲劳等)多发生在材料表面,若在材料的表面制备出一定厚度的表面纳米层,可利用纳米晶的优异特性来提高材料的表面的性能。金属表面自身纳米化处理可以在金属材料的表面获得纳米晶组织,且纳米结构层与基体之间没有明显的界面,在使用过程中不会因为外界条件的变化而发生剥层和分离,能够提高材料整体的服役行为。气体渗氮是工业生产中提高材料表面性能的常用技术之一。表面晶粒细化可有效地加速化学热处理过程,纳米材料拥有丰富的晶界、位错等缺陷,这些缺陷为原子扩散提供了快速扩散的通道,可大大降低渗氮的温度,缩短渗氮的时间,提高元素渗入的浓度和深度。本文采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对40Cr和20Cr钢表面进行轰击处理,在材料表层获得纳米晶组织。利用X衍射、光学电镜、透射电镜、显微硬度测量仪和摩擦磨损试验机等测试技术对样品的微观结构和力学性能进行了测试分析,对表面纳米化的形成机理及其对性能的影响进行了初步的探讨。并对表面纳米化处理后的试样分别在300℃,350℃,400℃,450℃下进行了气体渗氮实验,利用金相法,硬度法和XRD法对渗氮后的试样进行了表征,讨论了实现低温气体渗氮的原理。主要研究结果如下:1)SFPB处理以后,40Cr钢和20Cr钢试样表面均已形成等轴,随机取向的纳米结构层,最表面晶粒尺寸达到10nm左右。40Cr钢SFPB表面纳米化最佳工艺为0.4MPa气压下,轰击时间为60s～480s;20Cr钢最佳工艺轰击气压0.2MPa,轰击480s～3600s,纳米层厚度为30μm左右;随着距表面距离的增加,晶粒尺寸增大,塑性变形量减小;2)SFPB处理后表面显微硬度明显增大,为原始试样的二倍以上;摩擦磨损性能也有所提高,表现为摩擦系数减小,磨损量减少;3)SFPB处理的试样,在300℃低温,渗氮时间9h即可实现快速渗氮,表面形成化合物主要以γ′相为主,并含有少量的ε相。明显降低气体渗氮的温度,并缩短了渗氮的周期,降低成本。4)渗氮温度降低,时间缩短的主要因素为SFPB表面纳米化处理,晶粒细化为氮原子的扩散提供了大量的通道;晶界上存在大量的非平衡缺陷,提供晶界储存能,相对降低氮化物形成的自由能;试样表面粗糙度增加,与氮原子的接触面积增多,也有利于渗氮的进行。

关键词： 20Cr钢 40Cr钢表面纳米化超音速微粒轰击低温气体渗氮

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表面纳米化对20Cr钢低温气体渗氮的影响

表面纳米化对20Cr钢低温气体渗氮的影响

陕西省机械工程学会第十次代表大会暨学术年会

作者：葛利玲西安理工大学材料科学与工程学院

采用超音速微粒轰击技术（Supersonic Fine Particles Bombarding,SFPB）对20 Cr钢进行了30 min单面表面自纳米化处理,并对试样在450℃以下进行了不同温度和时间的低温气体渗氮处理。研究结果表明:SFPB处理表层平均晶粒尺寸约为19 nm,... 详细信息

采用超音速微粒轰击技术（Supersonic Fine Particles Bombarding,SFPB）对20 Cr钢进行了30 min单面表面自纳米化处理,并对试样在450℃以下进行了不同温度和时间的低温气体渗氮处理。研究结果表明:SFPB处理表层平均晶粒尺寸约为19 nm,表面硬度提高了2倍多。试样经低温气体渗氮后,随着温度的提高,SFPB处理层的渗氮层深度逐渐加深。450℃渗氮3 h后就获得了具有实用价值的化合物层,厚度约6～10μm,扩散层厚度约为170μm;而非SFPB层表面化合物层仅约2μm,未发现扩散层。450℃渗氮6h后氮化层深度达到250μm,表面硬度提高到1185 HV。

关键词： 20 Cr钢超音速微粒轰击表面纳米化低温气体渗氮

来源： cnki会议评论

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40Cr钢表面纳米化对气体渗氮行为的影响

材料热处理学报 2008年第5期29卷 155-159页

作者：葛利玲路彩虹井晓天卢正欣西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

采用超音速微粒轰击技术对40Cr钢经调质处理后进行单面表面纳米化,使其表面形成晶粒尺寸约10nm的纳米晶层,然后对试样进行不同温度和时间的低温气体渗氮。利用金相法,硬度法和X射线衍射法对试样两面的渗氮层进行分析对比。结果表明:纳... 详细信息

采用超音速微粒轰击技术对40Cr钢经调质处理后进行单面表面纳米化,使其表面形成晶粒尺寸约10nm的纳米晶层,然后对试样进行不同温度和时间的低温气体渗氮。利用金相法,硬度法和X射线衍射法对试样两面的渗氮层进行分析对比。结果表明:纳米层表面形成氮化物的温度可降至300℃左右,而在450℃时,原始粗晶面气体渗氮才形成连续的氮化物层。主要原因是表面纳米化后大量的晶界为氮原子的扩散提供了通道,同时,晶界和晶内存在的缺陷也可降低氮化物形成的氮势门槛值。

关键词：超音速微粒轰击表面纳米化 40Cr钢低温气体渗氮

0Cr18Ni9不锈钢表面纳米化组织及其热稳定性对低温渗氮行为的影响

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金属学报 2009年第5期45卷 566-572页

作者：葛利玲卢正欣井晓天刘忠良田娜西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对0Cr18Ni9不锈钢试样进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行热处理和低温气体渗氮处理,分析讨论了表面纳米化组织及其热稳定性对低温渗氮行为的影响.结果表明:经SFPB处理后,试样表层形成厚约250... 详细信息

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对0Cr18Ni9不锈钢试样进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行热处理和低温气体渗氮处理,分析讨论了表面纳米化组织及其热稳定性对低温渗氮行为的影响.结果表明:经SFPB处理后,试样表层形成厚约250μm的变形区,表面组织为纳米晶,平均晶粒尺寸为15 nm,其变形机制以孪生为主,变形同时表面发生了马氏体相变,表面硬度明显提高.对SFPB处理的试样经450℃热处理后,纳米晶未发生明显粗化,马氏体量减少很小,硬度保持稳定,因而具有良好的热稳定性.晶粒细化、马氏体相变及其良好的热稳定性有利于实现低温快速渗氮,使渗层厚度明显增加,表层硬度得到进一步提高,硬度分布梯度也得到了改善.

关键词： 0Cr18Ni9不锈钢表面纳米化热稳定性低温气体渗氮

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40Cr钢表面纳米化对气体渗氮行为的影响

40Cr钢表面纳米化对气体渗氮行为的影响