低碳钢表面纳米化及其渗碳过程的分子动力学模拟

发布时间：2021-03-10 15:05

　　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（SFPB）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Materials Studio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... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

表面涂层/沉积纳米化示意图

图 1.2 表面自身纳米化示意图自身纳米化过程利用的是非平衡处理方法。这种方法主要分为两类法和非平衡热力学法。下面分别作介绍。面机械加工处理法加工处理法主要是利用外加载荷的重复作用，在不同方向上造成强表面的粗晶组织在这种强烈塑性变形下会慢慢细化，以至尺寸达到机械加工处理所形成的表面自身纳米化包括三个部分[46]：首先，由形会在材料表层形成大量缺陷，如位错、层错以及剪切带；然后，加到一定程度时，将发生湮没、重组，形成具有亚微米尺度或者由于温度升高且存在于表面，形变能较高的组织会发生再结晶，，这个过程一直发展，从而形成晶体学取向呈现随机分布状态的

图 1.2 表面自身纳米化示意图化过程利用的是非平衡处理方法。这种方法主要衡热力学法。下面分别作介绍。工处理法法主要是利用外加载荷的重复作用，在不同方向上晶组织在这种强烈塑性变形下会慢慢细化，以至处理所形成的表面自身纳米化包括三个部分[46]：料表层形成大量缺陷，如位错、层错以及剪切带定程度时，将发生湮没、重组，形成具有亚微米尺度升高且存在于表面，形变能较高的组织会发生程一直发展，从而形成晶体学取向呈现随机分布


本文编号：3074856