固体渗氮C422钢的显微结构及其缺口敏感性

目的针对固体渗氮C422(22Cr12NiMoWV)钢,开展渗氮层显微组织结构及其缺口敏感性的研究,为C422汽轮机阀杆服役可靠性评价提供技术支持。方法采用固体渗氮剂对C422钢表面进行渗氮,通过渗氮层的成分与物相检测、显微组织结构观察、力学性能测试及断口形貌分析,揭示不同温度及时间条件下C422钢渗氮层的显微组织特征,以及渗氮对该钢有无缺口试样拉伸力学性能,尤其是缺口敏感性的影响。结果C422钢表面渗氮层主要由Fe₃N、Fe₄N、Cr₂₃C₆、CrN、VN、WN等化合物构成。550℃、6 h渗氮后,渗氮层厚度为80μm,组织致密,硬度高。随着渗氮温度的升高,保温时间的延长,渗氮层的厚度变化不大,但渗氮层组织粗化,并产生表面裂纹。有无渗氮C422钢的缺口敏感参数均小于1,对缺口轻微敏感,渗氮增加了缺口敏感性,渗氮导致C422钢试样的屈强比升高,塑性下降,渗氮层呈解理断裂,脆性断裂特征明显。结论渗氮温度为550℃、保温时间为6 h是C422钢最佳的固体渗氮工艺参数,渗氮层结构致密,硬度高,渗氮对C422钢的缺口敏感性没有明显影响,但脆性有所增加。     

ECR微波等离子体源离子渗氮

研究了一种新的低温渗氮方法－－电子回旋共振微波等离子体源离子渗氮。对纯铁、４５负和３５ＣｒＭｏ钢试样在１５０￣３５０℃进行渗氮处理，测定了渗氮层的硬度和晶体结构，结果表明，纯铁在低于２００℃的温度即可获得连续分布的表面氮化物层，３５ＣｒＭｏ钢在低于２５０℃温度处理也可获得离好渗氮层。     

瓦楞辊的表面强化工艺

研究了经渗氮、碳氮共渗后高频淬火处理后42CrMo及45钢瓦楞辊试样的表面组织和力学性能。结果表明,两种试样经渗氮加高频淬火处理后表层主要为氮化物和回火马氏体组织;碳氮共渗加高频淬火处理后试样表层组织主要为回火马氏体和有少量氮化物。45钢和42CrMo钢试样经过处理表面硬度分别达到740和800 HV0.1,经高频淬火处理后,试样表面硬化层有较好的硬度梯度。     

Q235钢离子渗铬及渗氮复合处理的耐磨性

利用针状铬丝在Q235钢表面进行1000 ℃×4 h等离子渗铬,对渗铬试样分别进行(480、520、560 ℃)×6 h的离子渗氮处理.对经过渗铬和离子渗氮处理的试样进行磨粒磨损耐磨性试验.结果表明,Q235钢渗铬后表面铬含量为22wt%,渗层厚度为50 μm.渗铬层经渗氮处理形成了含铬氮化物(CrN、Cr2N)及少量含铬碳化物(Cr23C6)组成的表面强化层,表面显微硬度最高达1500 HV0.1.磨粒磨损试验表明,与未处理Q235 试样比较,渗铬并经过480、520、560 ℃离子渗氮处理的试样耐磨性分别提高了1.50、3.05和1.44倍;520 ℃离子渗氮试样较T10钢淬火+低温回火试样及3Cr13离子渗氮试样分别提高了2.20倍和2.73倍.     

液压柱塞泵用30CrMoV9钢的调质与气体渗氮工艺

为提高液压柱塞泵用30CrMoV9钢的综合性能及表面的耐磨性和抗疲劳性,对30CrMoV9钢的调质工艺及粗加工后的气体渗氮工艺进行了研究,对调质硬度、渗氮层深度、渗氮后的显微组织、渗氮层硬度等进行了测试。结果表明,经900 ℃淬火及630～640 ℃的回火处理后,30CrMoV9钢可满足硬度在28~35 HRC的要求;调质态30CrMoV9钢进行气体渗氮处理后,表面平均硬度可达750 HV0.5以上,可有效提高零件的接触疲劳强度。     

离子渗氮的铁素体-珠光体非调质钢的组织和性能

对4种非调质铁素体-珠光体钢48MnV、40MnSiVN、38MnVS6和S55S1热轧后进行920℃×1.5 h风冷正火和560℃×2 h回火,以及540℃×8 h离子渗氮。检测了渗氮层的显微组织、表面硬度、硬度梯度、耐磨性能、抗疲劳性能以及基体的力学性能。结果表明:48MnV、40MnSiVN和38MnVS6钢的扩散层组织与未渗氮处理的钢相似,离子渗氮可明显提高非调质钢的表面硬度、耐磨性能和抗疲劳性能,且几乎不影响基体的力学性能。不含钒元素的S55S1钢扩散层形成了少量的针状氮化物,从而增大了渗层的脆性。     

31CrMoV9钢深层渗氮工艺研究

对31CrMoV9钢在500~520℃氮势分段可控渗氮工艺进行了研究。结果表明:31CrMoV9钢在520℃深层渗氮,强渗期高氮势,扩散期低氮势的渗氮工艺,获得深硬化层,渗氮时间较短,表面硬度高,表面脆性Ⅰ级;在500℃~510℃渗氮,强渗8 h,氮势K_n=5.0~6.5,扩散4 h,K_n=1.5~2.5,渗氮后,渗氮层表面硬度800~860 HV,硬化层深度0.19~0.22 mm,表面脆性Ⅰ级;在515~520℃渗氮,强渗8 h,K_n=5.0~6.5,扩散4 h,K_n=1.5~2.5,渗氮后,渗氮层表面硬度710~800 HV,硬化层深度0.24~0.28 mm,表面脆性Ⅰ级。     

喷丸对H13钢等离子渗氮处理的影响

对经1020℃淬火560℃、610℃和560℃三次回火后的H13钢进行喷丸处理,将喷丸处理后的试样在550℃下等离子渗氮1h.采用光学显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪和X射线衍射仪观察和分析,对比了喷丸和未喷丸试样亚表层的显微结构,等离子渗氮后的渗层深度、截面硬度及表面物相组成.结果表明,在550℃渗氮1h的情况下,喷丸的催渗效果十分明显,喷丸后渗氮层深度从30.4μm增至51.4μm,喷丸形成的高密度胞状位错对催渗起了决定性的作用.喷丸试样的渗氮层与未喷丸试样相比,表面物相的含量不同,表面硬度较高,渗层的硬度梯度稍平缓一些.     

40Cr钢循环离子渗氮工艺及渗层硬度研究

目的探索循环离子渗氮与常规恒温离子渗氮技术的工艺效果。方法先对试样进行调质处理,分组进行离子渗氮,固定氨气和乙醇的流量,改变渗氮时间和渗氮温度两种工艺参数及渗氮工艺,分别测定渗氮后各试样的表面硬度及渗层厚度,观察其金相组织,并分析每组试样渗氮层的性能。结果循环离子渗氮530 6 h℃试样的表面硬度最高,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长,试样的表面硬度增加,但是当温度超过530℃、时间超过6 h后,试样的表面硬度反而降低。循环渗氮550 10 h℃试样的渗层厚度最厚,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的增加,试样的渗层厚度变厚,但时间超过6 h后,渗层厚度的增加较缓慢,6、8、10 h试样的渗层厚度差别不大。相同的渗氮温度下,循环渗氮6 h的试样的渗层厚度基本与常规恒温渗氮10 h试样的渗层厚度一样,相同渗氮时间内,循环渗氮510℃的试样的表面硬度高于恒温渗氮550℃试样的表面硬度,且两者的渗层厚度相差不多。结论循环离子渗氮工艺优于常规的恒温离子渗氮,循环离子渗氮550 8 h℃试样的综合性能最好。     

激光冲击催渗快速离子渗氮技术

采用常用42CrMo钢为研究材料,探索激光冲击预处理对离子渗氮的催渗效果与作用机理,提升离子渗氮效率。采用光学显微镜、粗糙度仪、扫描电镜、维氏显微硬度计研究激光冲击及离子渗氮后表层特性。结果表明,激光冲击对于离子渗氮具有显著的催渗效果。相同离子渗氮条件下,化合物层厚度和有效扩散层厚度都提高到传统离子渗氮的2倍左右。同时激光冲击预处理可显著提高试样表面硬度,并平缓截面硬度的下降趋势。激光冲击预处理对离子渗氮产生的显著作用源于：激光冲击预处理使试样表面粗糙度从0.015 μm提高到0.454 μm,有利于N原子吸附和氮化物形成;表层形成了厚度约200 μm的变形层,为N原子提供扩散通道,有利于提高扩散层氮浓度。     

40Cr钢表面纳米化对气体渗氮行为的影响

采用超音速微粒轰击技术对40Cr钢经调质处理后进行单面表面纳米化,使其表面形成晶粒尺寸约10nm的纳米晶层,然后对试样进行不同温度和时间的低温气体渗氮。利用金相法,硬度法和X射线衍射法对试样两面的渗氮层进行分析对比。结果表明：纳米层表面形成氮化物的温度可降至300℃左右,而在450℃时,原始粗晶面气体渗氮才形成连续的氮化物层。主要原因是表面纳米化后大量的晶界为氮原子的扩散提供了通道,同时,晶界和晶内存在的缺陷也可降低氮化物形成的氮势门槛值。     

渗氮及表面增碳对3Cr2W8V钢冷热疲劳行为的影响

用板状缺口试样研究了在自约束条件下，表面增碳和渗氮对３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢冷—热疲劳裂纹萌生，扩展及裂纹形态特征的影响，结果表明，表面增碳及渗氮均使钢的热疲劳裂纹萌生及扩展抗力降低，渗氮尤为显著，经渗氮处理的试样在冷—热疲劳试验中除缺口尖端出现主裂纹外，试样表面较早出现大量裂纹，最后形成龟裂；表面增碳的试样在试验中也出现少量表面裂纹，而表面化学成分无变化的试样则未出现表面裂纹。     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

40CrNiMo钢的稀土渗氮工艺研究

40CrNiMo钢渗氮的表面硬度常常要求达到600HV以上,需要在较低的温度下进行,耗时费电,以此来保证所要求的表面硬度,这是一个普遍存在的问题。作者在多年的生产实践中,针对这一共性问题,较为系统地考察了在常规渗氮温度下(520℃),采用稀土渗氮工艺对40CrNiMo钢进行渗氮,提高渗氮表层硬度,寻求40CrNiMo钢的渗氮新工艺。     

38CrMoAl钢空心阴极辅助离子渗氮

对38CrMoAl钢空心阴极辅助离子渗氮技术进行了正交优化,并对优化工艺处理试样的性能做了检测。结果表明,38CrMoAl钢空心阴极辅助离子渗氮的最优工艺条件为渗氮温度540 ℃、时间4 h,渗氮试样既可作阳极又可作阴极。经最优工艺渗氮后,38CrMoAl钢渗氮层表面化合物致密、组织均匀,粗糙度Ra值达到0.1 μm,表面光洁度能达到10级;表面显微硬度达到1100~1200 HV0.1,是渗氮前试样的4~5倍;渗氮层深度达到300 μm。     

离子渗氮温度对不锈钢组织及性能的影响

对1Cr18NigTi、1Cr13、0Cr18Ni9不锈钢进行了不同温度的离子渗氮.利用金相显微镜及扫描电镜观察了渗氮层显微组织形貌;利用能谱仪测试了渗层中元素的含量及分布情况;利用HVS-1000型数显显微硬度计测定了渗层不同深度处的硬度变化;采用改制的摩擦磨损试验机测试了渗氮层的摩擦磨损特性;利用盐雾腐蚀试验箱测试了渗氮层的耐腐蚀性.结果表明,随渗氮温度增加,3种钢的渗层表层组织中氮化物量减少,高氮浓度的ε相转变为γ'相,440 ℃渗氮形成了氮在基体中的过饱和固溶相;1Cr13不锈钢比1Cr18Ni9Ti及0Cr18Ni9不锈钢的渗层厚;渗层表面硬度降低,但从表面向心部的峰值硬度增加;在一定范围内渗层耐磨性降低,但比未渗氮试样均提高4倍左右;渗层的耐盐雾腐蚀性降低,但440℃的低温渗层的耐蚀性与未渗氮试样差不多.     

纳米化表面360℃脉冲等离子体渗氮研究

本文主要研究了3J33马氏体时效钢表面纳米化后,在360℃下脉冲等离子体渗氮0.5～24 h之不同时间下的渗氮行为.通过硬度法测量了渗层的厚度.结果发现,在360℃下即可实现快速渗氮.当渗氮时间达8 h时,渗层可达50μm以上,硬度为800 HV0.05左右;但8 h后时间再延长渗层没有明显的增加.用X射线衍射法标定了渗氮层中相的成分.结果表明,渗层中并不含Fe4N或Fe3N,而是含氮量较低的低氮化物FeN0.0324.纳米压痕试验表明,渗氮后渗层硬度可达13 GPa左右,比未渗氮试样硬度高3倍以上.     

25Cr2MoVA钢气体渗氮工艺研究

对25Cr2MoVA钢进行气体渗氮试验,利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪以及磨损试验机对渗氮层进行分析.结果表明:利用气体渗氮法在25Cr2MoVA钢表面获得γ'单相化合物层是可行的,且经渗氮后渗氮层的表面硬度显著提高,显微硬度梯度比较平缓.磨损试验分析得知,渗氮温度为540℃的试样显示出较好的耐磨性.     

复合表面处理改善304不锈钢的微观结构和耐磨性

目的 提高奥氏体不锈钢的耐磨性.方法 采用电镀法在304奥氏体不锈钢表面进行镍涂层预处理,然后在450℃及以下,于流动的高纯度NH3中进行气体渗氮,获得复合表面处理试样.使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和显微硬度仪,研究了渗氮层的组织、相组成和显微硬度.使用球盘式摩擦磨损试验机,选用硬度相差很大的两种材料GCr15和Si3N4作为摩擦副,对其耐磨性进行了探讨.结果 在400℃时,复合表面处理试样的基底表面生成约6.34μm厚的连续渗氮层,而单一渗氮试样表面没有渗氮层形成,而且450℃复合表面处理试样的渗氮层厚度为24.26μm,约是单一渗氮处理试样的7.85倍.400℃复合表面处理试样的渗氮层主要由γN-Fe组成.450℃复合表面处理试样的渗氮层主要由γN-Fe和少量铬的氮化物组成.400℃和450℃复合表面处理试样的最大硬度分别为780HV0.05和1450HV0.05,分别是原材料的3.3和6.2倍.与原材料相比,以GCr15作摩擦副时,400℃和450℃复合表面处理试样的磨损量分别下降了约75.7％和89.4％;以Si3N4作摩擦副时,400℃和450℃复合表面处理试样的磨损量分别下降了约82.5％和88％.结论 镍涂层预处理有利于提高气体渗氮效率.复合表面处理明显提高了材料的渗氮层厚度、硬度及耐磨性.     

42CrMo钢的钛催渗等离子渗氮工艺

研究了不同渗氮时间下钛元素对42CrMo钢常规离子渗氮工艺的作用效果,表征分析了不同渗氮工艺下试样表面的渗层组织及性能。结果表明,钛催渗离子渗氮试样的表面硬度和渗层深度均明显高于常规离子渗氮。在535℃×3 h的工艺条件下,钛催渗离子渗氮试样渗层的表面硬度达到887.4 HV0.2,渗氮层厚度约为400μm。钛元素的加入促进了氮元素的渗透和扩散,在试样表面生成高硬度化合物TiN。相较于相同保温时间下的常规离子渗氮,钛催渗离子渗氮试样表面硬度提高了60 HV0.2,渗层厚度增加了80μm,渗氮效率提升了约25%。与常规离子渗氮相比,钛催渗离子渗氮工艺具有显著优势,不仅有利于改善渗层组织性能,增强渗氮效果,还提高了渗氮效率,使渗氮周期明显缩短。