低碳钢表面纳米化及合金化研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文低碳钢表面纳米化及合金化研究摘要低碳钢因其生产技术较成熟，成本较低廉，在工业生产中作为基础材料，被广泛使用。由于生产技术的高速发展，已有材料不能够满足生产对材料的需求，学者们制造了金属纳米晶来改善其性能，或者用合金法来制取不同于基体材料的新材料。本文选择低碳钢中的工业纯铁和Q235作为实验材料，通过表面机械研磨（SMAT）的方式对两种材料进行表面自纳米化，分析纳米化对其性能的影响，并对工业纯铁，用熔融盐法进行渗硅，分析纳米化对渗硅相关性能的影响。得出以下主要结论：1、机械研磨35min和45min都实现了工业纯铁表面自

2、纳米化，随着机械研磨时间的增加，纳米晶晶粒尺寸逐渐变小，性能的变化规律是：在腐蚀液中耐蚀性能越来越差，表面粗糙度越来越大，显微硬度越来越高。纳米晶在空气中放置10个月后发生了严重的腐蚀，腐蚀的发生主要集中在表层花纹密集区域，沿着流变层曲线向材料内部延伸，腐蚀深度可达到150µm。2、Q235钢在大弹丸（Ф8mm）低频（50HZ）和小弹丸（Ф4mm）高频（20KHZ）两种条件下SMAT都实现了表面自纳米化，所得晶粒尺寸分别为29.70nm和30.44nm。与原始试样相比粗糙度都有明显提高，分别是原I太原理工大学硕士研究生学位论文始试样的8.3倍和30

3、.9倍。小弹丸高频实验条件下，粗糙度更大。在腐蚀液中，耐蚀性差别较大，小弹丸高频条件下试样较粗晶材料耐蚀性降低，而大弹丸低频条件下较粗晶材料耐蚀性提高。表面粗糙度的不同是导致材料耐腐蚀性能的差异的主要因素。大弹丸低频条件下得到的纳米化试样放置空气中10个月后，材料发生明显腐蚀现象，腐蚀方式主要以点蚀为主。另外，SMAT后两种样品的表层硬度都有大幅度的提高，分别达到了基体的2.4倍和2.3倍，大弹丸低频条件下，硬度稍大。3、利用熔融盐法可以实现对粗晶纯铁以及SMAT35min和45min后的试样进行渗硅处理。结果发现实现了渗硅，生成Fe3Si，对于相

4、同试样，渗硅时间越长，渗硅深度越深，沿着渗硅方向，硬度呈现先增加后降低的趋势，饱和磁化强度越大。对于渗硅时间相同的不同晶粒尺寸工业纯铁来说，晶粒越小，渗硅深度越深，显微硬度越大，饱和磁化强度越大，粗晶渗硅0.5h后不能够实现渗硅。SMAT45min后的工业纯铁渗硅9h后渗硅深度高达150µm。渗硅对试样的矫顽力HC和剩磁MR的改变不明显。SMAT45min后的纯铁渗硅9h后饱和磁化强度最大，为235emu/g。关键词：低碳钢；表面纳米化；硅化物渗层；熔融盐非电解沉积II太原理工大学硕士研究生学位论文Surfacenanocrystallizatio

5、nandalloyingoftheLowCarbonSteelABSTRACTLowcarbonsteelbecauseofitsmatureproductiontechnology,lowcost,arewidelyusedasthebasicmaterialintheindustrialproduction.Duetotherapiddevelopmentofmodernproductiontechnology,theexistingmaterialcan'tmeettheproductiondemandformaterials,scholar

6、shavemadethemetalnanocrystalstoimproveitsperformance,orusealloymethodtomanufacturenewmaterialsdifferentfrombasematerial.ThispaperselectedtheindustrialpureironandQ235oflowcarbonsteelasexperimentalobject,thenanostructuredsurfacelayeraremadebymeansofsurfacemechanicalattritiontrea

7、tment(SMAT)ofthetwomaterials,andthenanalyzedtheinfluenceofthenanotoitsperformance.Siliconizingtheindustrialpureironinmoltensalt,andthenanalyzedtheinfluenceofthenanotoitsperformance.Mainresultsaregivenasfollows:1.BothSMAT35minand45mincanbeabletogetindustrialpureironnanocrystals

8、.Thevariationtrendofrelevantperformanceis:Withtheincreaseofth