精密成形工程

作者：肖曦, 刘维, 王华君

单位：武汉理工大学 材料科学与工程学院,武汉 430070

关键词：FeCrMn合金,固溶渗氮,分子动力学模拟,扩散系数,径向分布函数

基金：国家自然科学基金（52005374）

目的 研究不同温度及不同合金组分下FeCrMn合金固溶渗氮过程中氮原子的扩散行为,从微观层面探究铁基材料渗氮机理,为易渗氮材料成分设计及渗氮工艺优化提供理论指导。方法 通过LAMMPS软件建立了不同组分下的金属模型及渗氮模型,在973~1 673 K温度下完成了固溶渗氮过程的模拟,借助后处理OVITO软件对模拟结果进行分析,同时通过EDS能谱扫描对渗氮后试样表面进行元素含量测定及分布表征。结果 氮原子首先从合金表面渗入金属,最后富集在合金表层形成一定厚度的渗氮层。固溶渗氮的温度越高,氮原子扩散越剧烈,在合金中的扩散系数也越大;不同组分下的合金渗氮量也呈现出差异。EDS扫描结果表明,基材表面渗氮层内富氮相析出均匀,与分子动力学观察到的氮原子分布相一致,验证了该渗氮工艺的渗氮效果。结论 渗氮温度的提高能使更多的氮原子变得更为活跃进而渗入到金属当中,但也增加了将氮原子固溶在金属中的难度,在模拟条件下,较为合适的渗氮温度为1 273 K。一定量的Cr、Mn元素也会影响合金的渗氮量,模拟实验中渗氮量最高的合金组分为Cr20Mn6,含氮量（质量分数）为1.097%。EDS能谱扫描也验证了该温度及合金组分的渗氮工艺的合理性。

来源：2025年第11期

《精密成形工程》期刊编辑部

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