【摘 要】
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马氏体不锈钢被广泛用于应用于航空航天等领域的关键装备零部件。随着科技的进步,对马氏体不锈钢性能的要求也越来越高,经常规热处理的马氏体不锈钢的性能已经无法满足日益苛刻的要求。本课题以1Cr17Ni2及0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢为研究对象,采用新型低温气体渗氮技术对其进行表面改性处理,分析和测试低温渗氮层组织结构和性能,研究退火处理（560℃的服役温度）对低温渗氮层组织结构和性能的影响。并
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51871071）；
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马氏体不锈钢被广泛用于应用于航空航天等领域的关键装备零部件。随着科技的进步,对马氏体不锈钢性能的要求也越来越高,经常规热处理的马氏体不锈钢的性能已经无法满足日益苛刻的要求。本课题以1Cr17Ni2及0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢为研究对象,采用新型低温气体渗氮技术对其进行表面改性处理,分析和测试低温渗氮层组织结构和性能,研究退火处理（560℃的服役温度）对低温渗氮层组织结构和性能的影响。并通过典型低温渗氮生成相电子结构和性质的第一性原理计算,探讨低温渗氮层形成及其强韧化机理。试验结果表明,1Cr17Ni2和0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢经过390～450℃气体渗氮处理后,可在不锈钢表面形成7-32μm的低温渗氮层,随着渗氮温度和渗氮时间的延长,渗层厚度增加,在相同渗氮条件下,0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢表面渗层的层厚度大于1Cr17Ni2不锈钢表面的渗氮层厚度,渗氮层主要由含氮“膨胀”α相和Fe2-3N相组成,合金元素Cu、Nb元素的存在,有利于“膨胀”α相的生成。随着渗氮温度和渗氮时间的增加,“膨胀”α相含量增加,Fe2-3N相含量减少。1Cr17Ni2和0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢渗层表面硬度分别可达1440 HV0.1和1420 HV0.1,且随着渗氮时间的延长,渗层硬度增加。经过低温渗氮处理后,1Cr17Ni2和0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢表面耐磨性均明显改善,随时渗氮温度的提高和渗氮时间的延长,耐磨性提高。第一性原理计算结果表明,Fe2N和Fe3N相满足能量稳定,其理论计算硬度可达5.96GPa和6.64 GPa。对Fe系“膨胀”α相结构,在含氮量小于20%是稳定的,在含氮量小于5.9%是易形成的,且满足能量稳定性,其理论计算硬度随着含氮量的增加,先增加后降低。Fe-Cr系、Fe-Cr-Ni系,Fe-Cr-Ni-Cu系“膨胀”α相结构均不易形成,但形成后稳定性,且随着氮含量的增加而增加,Fe-Cr系“膨胀”α相结构的硬度高于Fe-Cr-Ni系结构和Fe-Cr-Ni-Cu系结构的“膨胀”α相结构的硬度。以上低温渗氮生成相的电子结构和性能的计算结果为分析低温渗氮层的相结构组成和性能变化提供了理论基础。
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