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表面纳米化和渗氮相结合的复合表面强化手段,不仅能够有效地改善材料表面的硬度,而且可以降低渗氮温度、缩短渗氮周期,有很广泛的应用前景。表面纳米化材料的低温渗氮已经有了比较系统的研究,实验渗氮温度均在500℃以下。退火研究表明,在500℃～550℃温区,表面纳米化钢铁材料的晶粒尺寸仍可保留在亚微米量级,其对渗氮过程也有一定的促进作用。本工作对在该温区的复合渗氮进行了研究。首先采用表面机械研磨技术(SMAT)分别对20CrMo钢、42CrMo钢、40Cr钢、和0Cr18Ni9不锈钢进行表面纳米化,再对不同材料的表面纳米化样品和原始样品进行530℃渗氮,利用金相显微镜、X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、显微硬度计等手段对渗氮层进行了结构和硬度的详细分析。研究表明：20CrMo钢、42CrMo钢、40Cr钢和0Crl8Ni9钢经过表面机械研磨处理可以发生强烈塑性变形,实现材料的表面纳米化。样品表层的塑性变形随着距表面深度的增加,呈梯度变化,晶粒尺寸逐渐增大。530℃离子渗氮实验表明,SMAT样品的表层晶粒长大为亚微米晶,但未发生再结晶。样品的渗氮层可分为化合物层和扩散层,SMAT样品的表层硬度高于粗晶样品,渗层深度大于粗晶样品。SMAT样品的化合物层厚度约10μm,扩散层中的氮化物呈颗粒状析出,针状氮化物被抑制。530℃气体渗氮实验表明,去除表面白亮层的渗氮20CrMo钢样品通过表面机械研磨处理后,其表面硬度与原始渗氮样品的白亮层硬度接近,但脆性降低。42CrMo钢和40Cr钢的表层化合物均由Fe2N和Fe3N组成,两种材料的表层硬度相似,但42CrMo钢的次表层硬度高于40Cr钢。0Cr18Ni9钢的表层硬度可高达2000HV,这主要是由于析出了硬度很高的Cr2N。