论文部分内容阅读
表面机械研磨处理可以在金属材料表面形成一定厚度纳米结构层,而不改变材料的整体结构和化学成分。表面纳米化不仅有效地改善了材料的表面性能,如硬度,摩擦磨损等,而且其所具有的梯度结构还有效提高了材料的整体力学性能。另外,金属材料表面纳米化后表层大量的晶界为氮原子提供了快速扩散通道,可有效降低渗氮温度,加速渗氮过程,从而获得较厚的渗氮层。本文采用表面机械研磨处理(SMAT)的方法对纯铁材料进行表面纳米化,然后对SMAT样品和粗晶样品进行气体渗氮。利用X射线、扫描电镜、透射电镜等对SMAT Fe组织结构及热稳定性进行了分析。研究了表面纳米化后纯铁的拉伸性能以及轧制对SMAT Fe性能的影响。另外,对纳米化纯铁在500℃渗氮后组织及其力学性能进行了研究。主要研究结果如下：表面机械研磨处理后纯Fe样品表层形成了150μm厚的塑性变形层,最表面晶粒尺寸约为10nm,晶粒取向随机分布。最外层硬度显著提高,并随深度增加而减小。表层纳米晶层对位错有阻碍作用及本身缺少可动位错以及细晶层的加工硬化使SMAT Fe的强度比粗晶铁明显提高,延伸率下降；拉伸变形过程中,基体的断裂表现为韧性断裂,表层为脆性断裂。SMAT Fe表层具有很好的热稳定性,在500℃退火2小时,表层晶粒没有明显长大。SMAT Fe经过冷轧处理后,表面粗糙度降低,表面强化层变薄,整体强度明显增加,塑性明显下降；550℃退火后,表层晶粒保持较好的稳定性,基体发生再结晶。经过表面机械研磨处理后,具有纳米结构表层的纯Fe样品经500℃进行气体渗氮后,表层形成一层以ε-Fe3-2N为主的氮化物层,且化合物层的厚度厚于粗晶渗氮样品,说明纳米材料可加速气体渗氮的动力学过程。纳米纯Fe渗氮形成的渗氮层与粗晶渗氮样品相比具有较高的硬度。SMAT Fe渗氮样品的强度明显高于粗晶铁的渗氮样品,但是延率较低。断裂过程中基体表现为韧性断裂,表层为脆性断裂。