论文总字数：23981字

摘 要

奥氏体不锈钢凭借其优良的综合性能，在所有的不锈钢中使用最为广泛。然而，其较低的表面硬度也使得奥氏体不锈钢在实际的使用中容易出现磨损和疲劳失效。尽管传统的高温渗碳可以提高不锈钢的抗疲劳性能，但是其耐磨性能也会大幅下降。本文采用的低温气体渗碳是一种新型的表面处理工艺，可以在提高奥氏体不锈钢疲劳性能的同时，保持其优秀的耐腐蚀性能。因此，本文主要通过单轴拉压疲劳试验研究低温气体渗碳后316L奥氏体不锈钢的疲劳性能，研究结果显示：

（1）渗碳后，在不锈钢表面形成约30厚的强化层，强化层中存在着呈梯度分布的压缩残余应力，最大约为-1.9GPa；

（2）得到的渗碳后试样疲劳性能显著提高，约17%，减薄10后的渗碳试样疲劳极限仍提高了6%；

（3）观察疲劳断口后发现，在较高应力的情况下，疲劳起裂点出现在试样表面，然而，当处在中低应力水平情况下时，疲劳起裂点转移到了强化层与基体的交界处。

关键词：奥氏体不锈钢 低温气体渗碳 疲劳

Effect on behaviors of fatigue of 316L stainless steel

after low-temperature gas carburization

Abstract

Austenitic stainless steel (ASS) is the most extensively used of all stainless steels due to its excellent comprehensive performance. However, its low surface hardness also makes austenitic stainless steel prone to wear and fatigue failure in practical use. Although the traditional high temperature carburization can improve the fatigue resistance of stainless steel, its wear resistance will be greatly reduced. The low temperature gas carburization（LTGC）used in this paper is a new surface treatment process, which can improve the fatigue performance of austenitic stainless steel while maintaining its excellent corrosion resistance. Therefore, the fatigue performance of 316L ASS after LTGC was studied by uniaxial tensile fatigue test. The results are as follows:

(1) After carburizing, an enhancement layer of about 30 thick is formed on the surface of 316L ASS. There is compressive residual stress distributed in a gradient in the strength layer, which is about -1.9GPa at most.

(2) The fatigue performance of the carburized sample is significantly improved, which is about 17%. The fatigue limit of the carburized sample still increased by 6% after the reduction of 10.

(3) After observing the fatigue fracture, it was found that when the applied stress was high, the fatigue initiation appeared on the sample surface; however, when the applied stress was relatively middle and low, the fatigue initiation transferred to the junction between the strength layer and the substrate.

Key words: ASS; LTGC; Fatigue

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 综述 1

1.1引言 1

1.2奥氏体不锈钢 1

1.3奥氏体不锈钢低温表面处理 2

1.3.1低温离子渗碳和渗氮 2

1.3.2低温离子碳氮共渗 3

1.3.3低温气体渗碳 3

1.4低温表面化学热处理对疲劳性能影响 5

1.4.1 研究存在的问题 5

1.4.2 本文主要内容 6

第二章 试验材料与方法 7

2.1 引言 7

2.2 试验材料的制备 7

2.3 低温气体渗碳试验 8

2.4 单轴拉伸试验 9

2.5 疲劳试验 9

2.6 试样表面特征 10

第三章 试验结果与讨论 13

3.1 试样表面特征 13

3.1.1 微观组织 13

3.1.2 碳浓度 13

3.1.3 硬度分布 14

3.1.4 物相分析 15

3.1.5 残余应力 15

3.2 单轴拉伸试验结果 16

3.2.1 应力-应变曲线 16

3.2.2 拉伸断口 16

3.3 疲劳试验结果 18

3.3.1 S-N曲线 18

3.3.2 未渗碳试样的疲劳断口形貌 18

3.3.2 渗碳试样的疲劳断口形貌 21

3.3.4 电解减薄后渗碳试样的疲劳断口形貌 23

第四章 总结与展望 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 综述

1.1引言

不锈钢从20世纪初开始使用，在现代工业中是一种非常重要的工程材料。在实际的使用中，为了满足各种各样的条件，不锈钢发展出了很多种类。其中耐腐蚀性能最好的是奥氏体不锈钢，同时也是使用最多的钢种，达到80%以上^[1]。奥氏体不锈钢的种类很多，大部分都是在18Cr-8Ni的基础上，添加其他的合金元素。

伴随着不锈钢的使用环境越来越恶化，已有不锈钢的性能已经不能够满足实际的使用情况。奥氏体不锈钢的含碳量一般低于 0.03wt.%，使得其抗腐蚀性很好。然而，奥氏体不锈钢较低的碳含量也使得其硬度比较低（200~250HV），抗磨损性能和抗疲劳性能也较差。因此，国内外研究人员研发出了多种超级奥氏体不锈钢，由于其高昂的价格和复杂的制作工艺，并没有得到广泛的应用。因此，研究人员将更多的精力转移到表面强化处理上。

请支付后下载全文，论文总字数：23981字