低碳钢表面纳米化及其渗碳过程的分子动力学模拟

《低碳钢表面纳米化及其渗碳过程的分子动力学模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：1UDC：编号：1专业硕士学位论文（工程硕士）低碳钢表面纳米化及其渗碳过程的分子动力学模拟硕士研究生：魏悠悠指导教师：崔秀芳副教授企业导师：陈小平高级工程师工程领域：材料工程论文主审人：金国教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：1UDC：编号：1专业硕士学位论文（工程硕士）低碳钢表面纳米化及其渗碳过程的分子动力学模拟硕士研究生：魏悠悠指导教师：崔秀芳副教授学位级别：工程硕士工程领域：材料工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年4月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工

2、程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheProfessionalDegreeofMaster（MasterofEngineering）MolecularDynamicsSimulationonSurfaceNanocrystallizationandCarburizingProcessofLowCarbonSteelCandidate:WeiYouyouSupervisor:Assoc.CuiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineer

3、ingEngineeringField:MaterialsEngineeringDateofSubmission:Apr.2018DateofOralExamination:Jun.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研

4、究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作

5、者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日低碳钢表面纳米化及其渗碳过程的分子动力学模拟摘要在金属材料表面制备纳米化层可有效提升金属材料的表面性能，延长其服役寿命。渗碳实验前进行纳米化预处理，能降低渗碳温度，提高渗碳速度，提高零件的硬度，具有复合强化的效果。但是目前纳米化前处理对渗碳的微观催渗机制尚不明确，需要开展深入的研究。本文利用超音速微粒轰击（SF

6、PB）的方式对低碳钢20Cr2Ni4WA进行表面纳米化预处理，之后分别在不同温度下进行渗碳实验。采用光学显微镜和透射电子显微镜对材料表面和截面微观组织结构进行观察，利用X射线衍射仪分析了纳米层相结构，并借助显微硬度计测量了材料表面和截面硬度，探讨了纳米化处理对试样微观组织、结构、硬度以及渗碳过程的的影响；利用分子动力学模拟软件Lammps对纳米化过程进行模拟，分析了纳米化过程中微观缺陷的形成机制；使用MaterialsStudio对模拟了碳原子在缺陷中的扩散过程，分析缺陷结构对渗碳过程的影响。研究结果表明，超音速微粒轰击

7、处理能在低碳钢20Cr2Ni4WA表面形成晶粒尺寸30nm以下的纳米化层，细化微观组织，明显提高了材料表面的硬度；纳米化模拟过程中，在外力作用下材料表面发生塑性变形，并在晶体内部形成缺陷，先后产生空位、以及a/2<111>、2/a<100>和a<110>型位错，且缺陷数目随轰击时间和轰击速度的提高而逐渐增多；与普通渗碳相比，纳米化预处理有利于提高渗碳层的厚度和渗碳速率，细化了渗碳层组织，提高了渗碳层硬度，可以在较低的渗碳温度下达到相同的渗层组织；模拟渗碳过程中，由于缺陷的存在，碳原子扩散系数显著提高，且缺陷数目越多，提升

8、效果越强；缺陷类型对碳扩散的影响能力从弱到强依次是空位、位错和晶界；在纳米化产生的缺陷结构中，碳原子的扩散能力随温度升高而增大，随表面残余应力增大而减小。关键词：表面纳米化；缺陷结构；渗碳；扩散；分子动力学模拟低碳钢表面纳米化及其渗碳过程的分子动力学模拟ABSTRACTTheuseofsurfacenanocryst