PDF《42CrMo 钢表面纳米化对离子渗氮的影响》

50 中国表面工程2010 年42CrMo 钢表面纳米化对离子渗氮的影响 李杨,徐久军,王亮(大连海事大学 材料科学与工程系,辽宁 大连 116026) 摘要:用表面机械研磨处理(SMAT)对42CrMo 钢进行表面纳米化处理.

对SMAT 处理前后的样品进行离子氮化 处理.通过扫描电镜、金相显微镜、X 射线衍射和显微硬度计对渗氮处理后样品的结构和性能进行了表征.结果表明: 在相同的氮化条件下,特别在低温下,经SMAT 处理后的 42CrMo 钢可以得到化合物层更厚、硬度更高的氮化层. 关键词:离子渗氮;

42CrMo 钢;

纳米材料;

表面机械研磨处理 中图分类号:TG156.8 文献标识码:A 文章编号: 1007C9289(2010)03C0060C04 Plasma Nitriding of 42CrMo Steel with a Nanostructured Surface Layer Induced by Surface Mechanical Attrition Treatment LI Yang, Xu JiuCJun, WAN Liang (Department of Materials Science and Engineering, Dalian Maritime University, Dalian 116026) Abstract: A plastic deformation surface layer with nanocrystalline grains was produced on 42CrMo steel by means of surface mechanical attrition treatment (SMAT). Plasma nitriding of SMAT and coarseCgrained 42CrMo steel was carried out by a lowCfrequency pulse (40 kHz) excited plasma unit. A series of nitriding experiments has been conducted at temperatures ranging from

430 to 500°C for

8 h in gas composition of NH3. The effect of SMAT pretreatment on the microstructure and properties of the 42CrMo steel was investigated using XCray diffraction, scanning electron microscopy and Vickers microChardness tester. The results showed that a much thicker compound layer with higher hardness was obtained for the SMAT samples when compared with coarseCgrained samples after nitriding at the low temperature. Key words: plasma nitriding;

42CrMo steel;

nanocrystalline materials;

surface mechanical attrition treatment

0 引言金属材料的失稳(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 的表面改性层,可以提高材料的表面的性能.表面 纳米化不仅可以提高材料的表面性能,还可以提高 材料的综合性能及环境服役行为[1-3] . 目前研究较多 的材料表面纳米化的方法是表面机械研磨处理 (SMAT),在外加载荷的重复作用下,材料表面的 粗晶组织通过不同方向产生的强烈塑性变形而逐 渐细化至纳米量级[4-7] . 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.另外,表面纳米化也使材料表面的化学性能发 收稿日期:2010?04?27;

修回日期:2010?05?04 作者简介:李杨(1983―),男(汉),山东章丘人,博士生. 生了变化,表面附近区域高体积分数的晶界为原子 扩散提供了理想的通道,有助于大幅度地提高材料 表面化学元素的渗入浓度和深度.SMAT技术作为 金属材料渗氮加工的预处理,能够明显降低渗氮温 度,缩短渗氮时间,同时提供渗氮效果[8,9] . 文中将SMAT技术与离子渗氮相结合,在纳米 结构表层形成后,对材料进行离子渗氮处理,研究 表面纳米化预处理对离子渗氮行为的影响.

1 试验方法 1.1 试验材料 材料为42CrMo钢,化学成分(质量分数, %)为0.38~0.43 C;

0.15~0.35 Si;

0.15~0.25 Mo;

0.75~1.00 Mn;

0.80~1.10 Cr.试样经线切割加工成15 mm*

15 mm*5 mm, 用砂纸从粗到细将表面磨平并抛光. doi: 10.3969/j.issn.1007?9289.2010.03.013 第23 卷第3期中国表面工程Vol.23 No.3

2010 年6月CHINA SURFACE ENGINEERING June