[发明专利]一种高强高韧细晶复合结构板材及其制造方法

摘要

一种高强高韧细晶复合结构板材及其制造方法，板材基体材质为纯铁、低合金钢、AHSS钢或IF钢，板材双侧表面均为细晶复合结构渗氮层，细晶复合结构渗氮层具体由细晶渗氮层、强塑性变形渗氮层，普通塑性变形渗氮层、普通扩散层四部分构成，硬度800~1200HV。方法为（1）对板材抛射弹丸进行表面细晶化处理，时间5~30min；（2）在400~560℃进行渗氮处理，获得高强高韧细晶复合结构板材。本发明的方法解决了表面细晶化技术在工业上的应用问题，有效降低了渗氮温度和时间，显著提高了板材的强度，且不明显降低板材的韧性。

主权项

一种高强高韧细晶复合结构板材的制造方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）将材质为纯铁、低合金钢、AHSS钢或IF钢的板材进行双侧表面细晶化处理，得到厚度100~200μm的塑性变形层；表面细晶化处理是在持续通入保护气体条件下，通过板式表面细晶化实验机的抛射器向板材表面抛射弹丸来实现，抛射弹丸为0.3~2mm的不锈钢球，抛射器转速为300~1500rad/min，抛射时间5~30min；其中板材在辊道上做进给运动，辊道的进给速度为0.01~0.1m/s；（2）将表面细晶化处理后的板材在400~560℃进行渗氮处理，渗氮处理结束后随炉冷却至常温，冷却过程持续通入氨气或抽真空；渗氮处理采用气体渗氮或离子渗氮方式进行；所述的气体渗氮的步骤为：将表面细晶化板材密封在氮化炉内，打开换气阀和氨气阀，向氮化炉内通入纯氨气，待井式氮化炉内气氛为100%的纯氨气后开始加热，升温速度8±2℃/min，待井式氮化炉升温至400~560℃，保温3~6h，然后随炉冷却，冷却过程持续通入氨气，待炉内温度降至70~80℃时，停止通入氨气，完成气体渗氮；所述的高强高韧细晶复合结构板材双侧表层为细晶复合结构渗氮层，细晶复合结构渗氮层由细晶渗氮层、强塑性变形渗氮层、普通塑性变形渗氮层和普通扩散层四部分构成，细晶复合结构渗氮层由超细晶的ε‑Fe3‑2N和含氮固溶体构成，表面硬度为850~1200HV；有效硬化层厚度200~300μm，有效硬化层厚度占高强高韧细晶复合结构板材厚度1/2~1/4；所述的高强度高韧性细晶复合结构板材尺寸为：长500~1000mm，宽500~1000mm，厚0.5~2mm；所述的离子渗氮的步骤为：将表面细晶化板材置于离子渗氮炉中阴极样品台上，抽真空至≤1×10‑3Pa，通入氩气至5~15Pa，通电至有辉光，对表面细晶化板材进行离子轰击清洁表面；然后通入氮气和氩气至200Pa并保持流通，并将离子渗氮炉内温度升至400~560℃，通电至有辉光，保持时间为2~5h，最后冷却至常温，冷却过程中抽真空至≤1×10‑3Pa，完成离子渗氮；其中氮气和氩气的流量比为1:1；所述的板式表面细晶化处理实验机包括辊道、屏蔽室、弹丸抛射系统和供丸系统；板式表面细晶化处理实验机固定在基础上；屏蔽室上设有保护气入口和保护气出口，下方设有弹丸回收漏斗；弹丸抛射系统共设有4部弹丸抛射器，弹丸抛射器分为两组，分别位于屏蔽室内部的辊道上方和下方；各抛射器均与一个供丸系统装配在一起；供丸系统的弹丸进口与上螺旋输送器的出口相配合，上螺旋输送器的进口与弹丸提升装置的出口相配合；弹丸提升装置的进口与下螺旋输送器的出口相配合，下螺旋输送器的进口与弹丸回收漏斗的底口相配合。