毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

摘要：奥氏体不锈钢有良好的耐腐蚀性、韧性，但是其硬度较低、耐磨性能较差，这减小了其使用范围和寿命^[2]。目前针对这个问题，主要采用表面强化技术解决之。一般采用高温渗碳或者渗碳或碳氮共渗（包括气体渗碳和离子渗碳），这样处理后表面硬度得到了较大提升，但付出了耐腐蚀性能。采用低温渗碳可以良好地解决该矛盾。这是近年来新发展的技术，国外已有不少工业化成果，国内还处于发展中。根据文献报道，316L型奥氏体不锈钢低温渗碳效果已知比较好。渗碳过程的控制直接影响到效果，尤其是渗层分布及厚度。若能够模拟碳在钢中分布规律，则能够优化低温渗碳工艺并进一步得出更好的产品，为工业化及理论推广铺路。国内外已有不少数值模拟渗碳的文献，但是大多为高温渗碳，关于低温超饱和渗碳数值模拟的文献极少。低温超饱和渗碳与高温渗碳有很大区别，在影响碳扩散、相变、渗层深度及时间、相成分、工艺等不同。因此有必要重新研究其数值模拟。

关键词：316L奥氏体不锈钢，低温超饱和渗碳，数值模拟，渗层碳分布，渗碳工艺

(一)奥氏体不锈钢的优缺点及对策

不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和韧性，因而在各工业部门及生活中有广泛的应用。其中奥氏体不锈钢是最重要的不锈钢种，其生产量约占不锈钢总产量的70%，钢号也最多^[28]。奥氏体不锈钢是铁铬镍为主的合金，其综合力学性能良好，且工艺性能及可焊接性良好^[28]。奥氏体不锈钢的低温韧性和非铁磁性扩宽了其应用范围。尽管有诸多优点，但是奥氏体不锈钢的硬度和耐磨性较低，这使得其应用范围大大减小。

为扩大奥氏体不锈钢的应用范围，结合其优良性能又克服其硬度和耐磨性能的缺点，人们想出了很多办法，主要采用表面技术处理。渗碳是其中一项应用最为广泛的方法。这种技术及保留了心部的韧性，又使得其表面硬度的到了极大的提高。一般316L未处理不锈钢其表面硬度仅为300-400HV，经过渗碳强化后可达800-1200HV_0.05左右，其渗层深度为20μm-3mm,其表面性能得到了极大的提升。所以这种方法应用极广且技术成熟，主要以高温渗碳为主，相应的数值模拟技术也很成熟。

（二）化学热处理与渗碳方法对比

化学热处理是将工件置于一定的活性介质中加热、保温和冷却，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变表面化学成分、组织和性能的热处理^[13]。化学热处理的主要特征：固态扩散渗入，改变工件表面层的化学成分，即工件表面不仅有组织的变化，渗层与基体之间有扩散层。化学热处理的驱动力是浓度梯度。化学热处理形成渗层的结构是连续的，属于冶金结合^[13]。根据渗入元素的不同，化学热处理有渗碳、渗氮和碳氮共渗等。

渗碳技术目前按温度可分为高温渗碳、低温渗碳，按渗碳方式可分为气体渗碳，离子渗碳，真空渗碳等。尽管渗碳方法各不相同，但是有着类似的机理。一般包括三个基本的过程：化学试剂（含有欲渗元素）的分解，活性原子被金属表面吸收，及渗入元素向金属内部扩散。这三个过程是相继进行，相互制约的^[13]。由于渗碳的方法及条件不同，对处理效果有很大影响，直接影响其组织和性能。

在高温渗碳中，一般为800℃-1100℃下的渗碳。如此高的温度下，虽然渗碳速度高，但是会改变其微观组织，可能产生金属碳化物，尤其是铬的碳化物，还有使其晶粒变大，会严重影响其耐腐蚀性能及力学性能。这让不锈钢的耐腐蚀性能丧失了优势。