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17-4PH不锈钢喷丸和离子渗氮复合强化组织与性能研究

摘要

离子渗氮作为一种广泛使用的化学热处理方法，可以使材料表面形成一定厚度的

渗氮层，有效提高硬度及耐磨性，并且离子渗氮技术具有成本低、效率高、环保等优

点。相关研究表明，渗氮前对材料进行表面形变处理如喷丸、机械研磨等，能够有效

促进渗氮过程，使渗氮层厚度增加且性能得到进一步提升。17-4PH不锈钢具有很高的

强度硬度和耐腐蚀性，但在一些极端工作环境下仍需要对其进行表面强化。因此，本

文以17-4PH不锈钢为研究对象，采用喷丸和离子渗氮相结合的方式对其进行表面改性

处理，研究这种复合强化工艺对17-4PH不锈钢组织及性能的影响。

本文首先对17-4PH不锈钢进行不同温度的8h离子渗氮，通过相应试验对其进行

了金相观察、物相成分分析、力学性能测试及耐腐蚀性能测试。然后，对17-4PH不锈

钢进行不同强度的喷丸处理，研究喷丸强化对17-4PH不锈钢组织与性能的影响。最后，

将不同强度喷丸后的17-4PH不锈钢进行相同工艺下的离子渗氮试验，研究喷丸+离子

渗氮复合强化对17-4PH不锈钢组织与性能的影响，选择出最佳的喷丸+离子渗氮复合

强化工艺。主要结论如下：

（1）17-4PH不锈钢经550℃、8h离子渗氮后的渗氮层综合性能最佳。其中，渗

氮层平均厚度为66.8μm，表面物相由ε-FeN相与γ′-FeN相组成，表面平均硬度为

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1151.1HV，且渗氮层较为均匀。

（2）17-4PH不锈钢经0.2mmA、0.4mmA、0.5mmA三种强度喷丸处理后，试样

表层均形成了残余压应力层，三种试样中0.2mmA喷丸试样的表面残余应力最大，为-

894MPa；而0.4mmA和0.5mmA喷丸试样的硬度最高，约为574HV；且通过对衍射

峰的半高宽进行分析可知，0.4mmA与0.5mmA喷丸试样表层组织细化程度最明显。

（3）17-4PH不锈钢经不同强度喷丸+离子渗氮复合强化后，渗氮层硬度相较于

单一离子渗氮试样均提高了120HV左右，且耐磨性与耐腐蚀性能有所提升，0.4mmA

与0.5mmA喷丸试样表面有更多的γ′-FeN相生成。但是，0.5mmA喷丸试样渗氮层厚

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度下降，平均厚度为61.2μm。

（4）本文中17-4PH不锈钢最佳的复合强化工艺为0.4mmA喷丸+550℃离子渗

氮，其试样的渗氮层厚度最大，为80.3μm；渗氮层平均硬度最高，为1273.3HV；耐

磨性与另外两种复合处理试样一致，且耐腐蚀性能最好。

I

哈尔滨工程大学硕士学位论文

关键词：17-4PH不锈钢；喷丸强度；离子渗氮；复合强化；渗氮层

II

17-4PH不锈钢喷丸和离子渗氮复合强化组织与性能研究

ABSTRACT

Ionnitriding,asawidelyusedchemicalheattreatmentmethod,canformanitridedlayer

ofacertainthicknessonthesurfaceofmaterials,effectivelyimprovingtheirhardnessand

wearresistance.Ionnitridingtechnologyhastheadvantagesoflowcost,highefficiency,and

environmentalfriendliness.Relevantstudieshaveshownthatsur