Q235低碳鋼表面納米化及離子注入的研究.pdf

1、材料的失效很多是發(fā)生在表面，如疲勞、腐蝕和磨損等都對(duì)材料的表面性能極其敏感，表面改性技術(shù)在工業(yè)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。納米晶體材料由于晶粒尺寸小、界面密度高，表現(xiàn)出獨(dú)特的力學(xué)、物理和化學(xué)性能而備受關(guān)注。若在材料的表面制備出一定厚度的納米結(jié)構(gòu)表層，即實(shí)現(xiàn)表面納米化(SNC)，就可以利用納米材料優(yōu)異的功能特性來(lái)提高材料的性能和服役行為。隨著對(duì)表面工程和納米材料研究的不斷深入，將表面改性技術(shù)與納米技術(shù)相結(jié)合逐漸得到了人們的重視。 通過(guò)

2、表面機(jī)械研磨處理(SMAT)在Q235低碳鋼表面制備出了一層厚度約為20μm的全致密、無(wú)污染的納米晶組織。運(yùn)用金相顯微鏡、X射線(xiàn)衍射、透射電子顯微鏡等分析測(cè)試技術(shù)對(duì)SMAT后低碳鋼的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。然后對(duì)表面納米化處理前后的低碳鋼在金屬蒸氣弧源(MEVVA)離子注入機(jī)上進(jìn)行了Ti離子注入，運(yùn)用俄歇電子能譜儀分析了離子注入后Ti沿樣品表面的深度分布，研究了低碳鋼表面納米化預(yù)處理對(duì)離子注入的影響。最后，對(duì)低碳鋼SMAT過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值

3、模擬，計(jì)算了低碳鋼SMAT時(shí)表面層的應(yīng)變、應(yīng)變速率及應(yīng)力，探討了SMAT時(shí)應(yīng)變速率對(duì)低碳鋼形變機(jī)制和晶粒細(xì)化機(jī)理的影響。研究結(jié)果如下： 1.SMAT后低碳鋼樣品表層形成等軸、取向隨機(jī)的納米晶組織，平均晶粒尺寸約為10～20nm。SMAT塑性變形隨著距離樣品表面深度的增加而逐漸減小，塑性變形沿各個(gè)方向隨機(jī)發(fā)生。變形表面層的微觀組織隨著距離樣品表面深度的增加呈梯度變化，依次可以分為：納米晶層，亞微晶層和過(guò)渡層。SMAT樣品表面層的應(yīng)

4、變、應(yīng)變速率和應(yīng)力沿深度方向也呈梯度變化。SMAT時(shí)樣品表面層的變形過(guò)程主要經(jīng)過(guò)二個(gè)階段：彈塑性變形階段和動(dòng)態(tài)回復(fù)階段。 2.Ti注入Q235鋼后，濃度基本上均服從Guass分布，經(jīng)過(guò)表面納米化處理的樣品，注入元素濃度相比未經(jīng)處理的有了很大的提高，而離子注入的深度則變化不大。 3.塑性變形時(shí)的應(yīng)變量和應(yīng)變速率對(duì)于樣品晶粒細(xì)化和處理后最終晶粒尺寸的大小起重要的作用。研究結(jié)果表明，SMAT時(shí)樣品最表面層的應(yīng)變速率最大可達(dá)68