0Cr18Ni9鋼超音速微粒轟擊（SFPB）表面納米化機(jī)理與性能研究.pdf

1、表面納米化是在塊體材料表面形成一定厚度的納米晶組織表層的過(guò)程。通過(guò)表面納米化處理不但可以將納米材料的獨(dú)特性能賦予傳統(tǒng)材料以提高其整體性能,也可優(yōu)化傳統(tǒng)表面處理工藝,獲得具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)越性能的表層,同時(shí)為在納米尺度上系統(tǒng)研究工藝、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系提供理想的樣品。 本文選用具有廣泛應(yīng)用背景,且層錯(cuò)能較低的0Cr18Ni9不銹鋼作為研究對(duì)象,利用超音速微粒轟擊處理(SFPB)技術(shù)實(shí)現(xiàn)表面納米化；用金相顯微鏡、X-射線衍射儀(XRD)

2、、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)對(duì)表面納米化樣品做結(jié)構(gòu)表征；評(píng)定和分析了表面納米化的硬度、耐磨性、耐蝕性等性能和對(duì)低溫滲氮行為的影響。對(duì)低層錯(cuò)能材料在SFPB過(guò)程中的納米化機(jī)制以及0Cr18Ni9不銹鋼低溫滲氮的促滲機(jī)制進(jìn)行了探討,獲得了以下主要結(jié)論： 1.超音速微粒轟擊實(shí)現(xiàn)了0Cr18Ni9不銹鋼的表面納米化。經(jīng)過(guò)30分鐘SFPB,在0Cr18Ni9不銹鋼的表面形成了大約30μm厚的納米晶組織表層,表層晶粒尺寸約18n

3、m,隨處理時(shí)間的增加,晶粒尺寸持續(xù)減小而后逐漸趨于穩(wěn)定；隨著距表面深度的增加,晶粒逐漸由隨機(jī)取向的等軸狀納米晶變成具有擇優(yōu)取向的不規(guī)則形狀的亞微米晶,晶粒細(xì)化逐漸變得不均勻。 2.0Cr18Ni9不銹鋼在SFPB過(guò)程中發(fā)生了應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體相變。表層馬氏體的含量隨處理時(shí)間的增長(zhǎng)而升高,經(jīng)30分鐘SFPB處理的0Cr18Ni9不銹鋼表層,馬氏體含量趨于100％；隨著距表面深度增加,馬氏體的含量逐漸減少而奧氏體的含量增加。 3

4、.低層錯(cuò)能0Cr18Ni9不銹鋼在SFPB過(guò)程中以形變孿晶為主要變形方式。由被處理表面沿深度方向的組織結(jié)構(gòu)依次為：表層納米晶、多系孿晶、單系孿晶、平面型位錯(cuò)列、無(wú)應(yīng)力基體；這種材料的晶粒細(xì)化是通過(guò)形變孿晶的分割實(shí)現(xiàn)的,分割過(guò)程隨著向處理表面靠近逐漸在越來(lái)越小的尺度上進(jìn)行；在近表層,具有納米量級(jí)的多系形變孿晶將晶粒分割成為納米量級(jí)的結(jié)構(gòu)單元；彈丸的重復(fù)撞擊逐漸使這些結(jié)構(gòu)單元的取向變成隨機(jī)分布。 4.表面納米化使氮元素在0Cr18N

5、i9不銹鋼樣品表層中擴(kuò)散速度加快,進(jìn)而優(yōu)化了這種材料的低溫滲氮效果,成倍提高了低溫滲層厚度。表面納米化樣品經(jīng)400℃、450℃9小時(shí)滲氮形成的氮化層厚度是相同條件下粗晶樣品的兩倍；在表層形成了ε相和γ'相組織,改善了滲層硬度梯度,大大提高了試樣表面硬度。 5.表面納米化提高了0Cr18Ni9不銹鋼表面硬度,與無(wú)應(yīng)力基體相比,表面硬度可提高2倍以上;表面納米化大大提高了0Cr18Ni9不銹鋼的耐磨性,并降低了表層的摩擦系數(shù)；表面納