工業(yè)純鐵表面納米化與滲氮及其力學(xué)行為研究.pdf

1、表面納米化是基于一些機(jī)械、物理或化學(xué)的方法在金屬材料表面上制備出一定厚度的納米晶層的方法。采用表面機(jī)械研磨處理(SMAT)可在金屬材料上制備出納米結(jié)構(gòu)的表層而不改變材料的整體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。通過這種處理方式不僅可以使材料的表面具有納米材料獨(dú)特的機(jī)械性能，而且還能利用納米材料中高密度的晶界來降低材料的滲氮溫度并加速滲氮過程。目前大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究主要集中在材料表面納米化后的低溫滲氮行為與表面性能上，而關(guān)于表面納米化滲氮處理后材料力學(xué)行為

2、的研究仍十分有限。
　　本文首先對(duì)工業(yè)純鐵進(jìn)行表面機(jī)械研磨處理(SMAT)，然后把SMAT樣品和原始粗晶樣品放在500℃下流動(dòng)的高純氨氣氛中氮化5h。利用光學(xué)顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡及透射電鏡等對(duì)SMAT Fe組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。并針對(duì)以往研究的不足，對(duì)純鐵表面納米化滲氮后的拉伸行為進(jìn)行了仔細(xì)的觀察與分析。
　　表面機(jī)械研磨處理后純Fe樣品表層形成一層約100μm厚的塑性變形層，最表層晶粒尺寸約為15nm且呈隨機(jī)取向分布。

3、晶粒尺寸沿厚度方向呈梯度變化，表層硬度顯著提高，并隨深度的增加而減小。拉伸試驗(yàn)表明，表面納米化純鐵的屈服強(qiáng)度較粗晶純鐵明顯提高，塑性有所下降;斷口形貌為韌性斷裂與脆性斷裂并存，納米結(jié)構(gòu)表層表現(xiàn)為脆性斷裂，基體表現(xiàn)為韌性斷裂。
　　表面納米化純鐵在500℃滲氮5h后，表層氮化物厚度和硬度較粗晶滲氮樣品都有所提高，最表層化合物組織為ε-Fe2-3N相，晶粒尺寸約為10-40nm;在化合物層以下的次表層中有大量亞微米級(jí)別的顆粒狀ε-Fe