论文部分内容阅读
ST12钢是一种冷轧钢,由于良好的可成型性,在汽车制造、电气产品、机车车辆、航空、精密仪表等方面广泛应用。在实际使用中,材料的失效大多发生在表面,如材料的腐蚀和磨损等；所以通过表面改性处理,改善表面结构提高其力学性能和抗腐蚀性能,提高ST12钢的使用寿命。现有的双层辉光等离子渗金属手段往往要在高温下、长时间处理,才能实现金属原子的渗入,这不仅可能会对基体的组织性能产生不利影响,也造成了资源、能源的浪费。针对上述问题,本文将金属表面纳米化技术与等离子渗金属技术相结合,对ST12钢进行表面改性处理。利用纳米晶结构中的晶界、缺陷等为原子扩散提供大量扩散通道,从而能够在较低的温度下实现Ti原子的快速扩散,降低渗Ti温度,缩短扩散时间。重点研究纳米化组织的获得及其特性、喷丸处理对渗Ti处理的影响以及渗Ti后组织结构及其性能。本文首先利用高能喷丸法对ST12钢进行了表面纳米化处理,运用金相显微镜、XRD、SEM、AFM等手段对其纳米化组织结构进行系统表征与分析,得到了ST12钢高能喷丸致表面纳米化合理的工艺参数。在此基础上,通过双层辉光等离子扩散渗Ti处理,在ST12钢表面获得了表面改性层；研究温度和处理时间对渗Ti处理的影响,研究渗Ti处理的工艺参数及喷丸对渗Ti处理的影响规律；进而研究渗Ti处理后表面改性层的显微硬度和耐腐蚀性能。研究结果表明,在喷丸压力0.4MPa,喷丸弹丸直径1.0mm,喷嘴距喷丸表面距离100mm的工艺条件下,经15min喷丸处理,ST12钢的表层晶粒被细化到了57.5nm,微观畸变为0.0586%。同时,在表层获得一定厚度的纳米晶层,随着喷丸时间的增加,纳米晶层厚度逐渐增加,当喷丸时间为15min,纳米晶层厚度基本稳定在25μm左右。喷丸处理对ST12钢表面起伏产生一定的影响。随着喷丸处理时间的增加,与原始试样的表层起伏相比,其表面起伏都有一定程度的增加,处理时间越长,起伏越大。但是,这种情况有一定的时间区间,当喷丸处理时间达到一定的时候,其表面起伏高度反而下降,后趋于稳定。喷丸处理对双层辉光等离子渗钛有显著影响。在450～550℃,经过1～3h的渗钛处理,在ST12钢表层获得渗钛层,与传统渗钛相比,处理温度显著降低。本文系统研究了渗钛处理温度和时间对渗Ti的影响规律。研究结果表明在500℃、3h下的渗钛处理,可以获得较为理想的渗钛层。喷丸处理和渗Ti处理都可以提高ST12钢表面的显微硬度,且随着距表面距离的增加,显微硬度都呈连续梯度变化而逐渐减小。渗Ti处理后的显微硬度略低于喷丸处理,而耐腐蚀性能有明显提高。