F53双相不锈钢离子渗氮的组织演化与强化机制研究 黄纯可，贾丹，章武林，汪威，董雪，段海涛 中国机械总院集团武汉材料保护研究所有限公司 特种材料表面工程全国重点实验室
核心观点 系统探讨了F53双相不锈钢在不同温度(475、500、525、550、575 ℃)下进行离子渗氮处理后的组织演化行为与结构强化机制。通过XRD、SEM、EDS及显微硬度测试手段，揭示了渗氮温度对氮化物相组成、元素扩散特征、裂纹形成路径及表面性能的影响规律
Highlight 1 F53双相不锈钢在475～575 ℃温度区间均可形成典型的双层渗氮结构，包括表层化合物层与下部扩散层。渗层厚度随温度升高先增后减，其中500～525 ℃处理条件下可获得结构致厚度密、厚度适中的连续渗层，渗层厚度约为80 μm。 2 SEM观察显示，500 ℃处理可获得均匀致密的渗层结构，微裂纹主要集中于晶界。温度升高至550～575 ℃后，化合物层局部粗大、剥落，强化相在奥氏体/铁素体界面及晶内均出现聚集或偏析现象，易诱发结构不稳定。 3 综合分析表明，500～525 ℃为F53不锈钢离子渗氮的优化温度区间，可实现强化相均匀析出与组织稳定性兼顾；温度超过550 ℃后，虽氮扩散增强，但易导致渗层结构劣化和组织失稳，需严格控制工艺窗口以确保综合性能。
论文图片 F53双相不锈钢的元素质量分数
F53双相不锈钢在不同温度(475～575 ℃)下经离子渗氮处理后的XRD谱
F53双相不锈钢在不同离子渗氮温度(475～575 ℃)下的截面显微硬度分布及对应的压痕形貌
F53双相不锈钢在不同离子渗氮温度(475～575 ℃)下的宏观表面状态与金相显微组织形貌 F53双相不锈钢在475 ℃离子渗氮处理后的截面SEM形貌
F53双相不锈钢在475 ℃离子渗氮处理后的元素分布特征
F53双相不锈钢在500 ℃离子渗氮处理后的截面SEM形貌 F53双相不锈钢经500 ℃离子渗氮处理后的元素分布特征
F53双相不锈钢在525 ℃离子渗氮处理后的截面SEM形貌
525 ℃渗氮后F53不锈钢截面区域的元素分布特征
F53双相不锈钢在550 ℃离子渗氮处理后的截面SEM形貌
550 ℃渗氮后F53不锈钢截面区域的元素分布特征
F53双相不锈钢在575 ℃离子渗氮处理后的截面SEM形貌
575 ℃渗氮后F53不锈钢截面区域的元素分布特征
表格数据 F53不锈钢渗氮层主要相的晶粒尺寸与晶格畸变趋势 渗氮温度对F53双相不锈钢组织形貌的影响 测点A、B、C、D的元素成分分析结果(原子分数) 测点E、F的元素成分分析结果(原子分数)
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