《合金鋼電漿低溫共滲無析出納米晶層形成機理》是依託哈爾濱工業大學，由閆牧夫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：合金鋼電漿低溫共滲無析出納米晶層形成機理
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：閆牧夫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國航空航天、核電、風電、高速列車等高端裝備關鍵基礎零部件（如齒輪、軸承）依賴進口的瓶頸-無表面層超高強韌化技術。常規滲碳、滲氮層晶粒為微米級，其強化源於相變和析出相，滲層脆性高、耐蝕性差，壽命和可靠性低。申請者繼發明稀土化學熱處理替代現有滲碳滲氮獲得高強韌改性層後，突破化學熱處理理念局限，首次提出低溫共滲無析出、使滲層微米級晶粒直接納米化的思想，並得以實現（ZL201110031571.8），處理的某殺手鐧武器傳動件接觸疲勞壽命提高400%以上，耐蝕性不降低。本次申請聚焦在鋼表面低溫共滲無析出納米晶層形成機理研究，包括共滲層微結構設計與穩定性；亞穩固溶體摻雜偽脫溶熱力學與調製擴散、調製與非調製共滲層組織結構與強韌化機制、調製擴散共滲層晶粒演變與納米化機理；形成低溫共滲層無析出納米化與超高強韌化技術，支撐我國高端裝備關鍵基礎零部件製造。上述研究工作未見報導，具有理論研究意義和套用價值。
結題摘要
我國航空航天、核電、風電、高速列車等高端裝備關鍵基礎零部件（如齒輪、軸承）依賴進口的瓶頸，即表面層超高強韌化技術缺失。常規滲碳、滲氮層晶粒為微米級，其強化源於相變和析出相，滲層脆性高、耐蝕性差，壽命和可靠性低。本項目選用兩類典型Fe-M-C系合金合金鋼通過預處理獲得亞穩固溶體、對其進行低溫共滲調製擴散無析出納米化工藝與相應的微觀機理研究。通過低溫共滲層微結構設計與穩定性的第一性原理計算，完成了以贗能隙為標識的亞穩固溶體結構設計；研究了Fe-M-C亞穩固溶體滲氮滲碳偽脫溶與調製擴散熱力學；對Fe-M-C亞穩固溶體低溫共滲非調製擴散層組織結構與性能進行了研究；通過對Fe-M-C亞穩固溶體低溫共滲調製擴散無析出納米晶層表征，揭示了低溫共滲調製擴散無析出納米晶層的形成機理。主要成果如下：（1）得出了以“雙勢阱函式”為特徵的Fe-M-C體系自由能曲線，進而獲得Fe-M-C體系準調幅分解臨界溫度區間為400-590℃。（2）基於亞穩固溶體調幅分解溫度區間，設計出Fe-M-C系合金低溫共滲表層晶粒納米化工藝，揭示了亞穩固溶體低溫共滲層組織結構演化規律，包括低溫共滲納米晶層增厚動力學和晶粒演變規律規律。（3）闡明了低溫共滲元素的調製擴散行為，得出滲入元素的遷移能，揭示了調製擴散納米晶層形成機制，即N原子滲入導致馬氏體中N含量達到調幅分解成分，產生調幅分解；同時產生細小的低氮化合物和高氮馬氏體，進而實現表面晶粒納米化。（4）揭示了低溫共滲納米晶層摩擦學行為及磨損機制。（5）發現低溫循環滲氮晶粒納米化、以及低溫共滲納米晶層的非平衡快速加熱深層硬化現象。（6）基於淬火亞穩合金共滲超細化理論，拓展出Cu-Al-Ti亞穩合金的滲氮表層強韌化工藝和相應輔助裝置。電漿低溫共滲納米化工藝技術支撐高端裝備傳動件長壽命高可靠性製造。
