离子氮化对薄壁铸件铸渗WC、Cr硬质表层组织和性能的影响

研究了薄壁铸件WC、Cr硬质合金层在辉光离子氮化炉中的离子氮化处理工艺;探讨了氮化处理对铸渗层的组织与性能的影响;利用SEM研究了铸渗覆层的微观结构和元素分布,利用硬度计测量了铸渗覆层的硬度分布,利用金相显微镜研究了铸渗覆层的金相组织.结果表明,铸渗层经离子氮化处理后,在基体表面形成了弥散分布的尺寸很小的颗粒状氮化物相(如Fe4N、Fe2N等),表面硬度从710HV0.98提高到1100HV0.98左右,基体耐磨性能因此得以显著提高.由于铸渗层中已存在高硬度WC颗粒相的强化作用,所以复合层的硬度在离子氮化处理后没有明显改善.     

离子氮化时间对DC53钢显微组织和性能的影响

采用金相分析、X射线衍射分析、显微硬度测量研究了离子氮化时间对DC53钢显微组织和性能的影响,得出了制备高硬度耐磨氮化层的合适离子氮化时间。结果表明:在离子氮化处理的DC53钢表层获得由ε相(Fe_3N)、γ'相(Fe_4N)和少量α-Fe相组成的均匀的氮化层。随离子氮化时间延长,ε相(Fe_3N)的衍射峰逐渐降低,而γ'相(Fe_4N)衍射峰呈逐渐升高的趋势,α-Fe相衍射峰逐渐降低。氮化层厚度的平方值随离子氮化时间的延长呈线性增加,且氮化层硬度不断升高。从表面到基体深度的增加,氮化层呈理想的硬度梯度分布,离子氮化在DC53钢表面形成的均匀氮化层使DC53钢硬度显著提高。     

氮化时间对W9Mo3Cr4V钢离子氮化层显微组织和性能的影响

对W9Mo3Cr4V钢在520℃下进行不同氮化时间的离子氮化处理,并采用金相分析、显微硬度测试和X射线衍射分析等方法,研究了氮化时间对离子氮化层显微组织(氮化层相组成和氮化层厚度)和性能(硬度、硬度梯度分布等)的影响。结果表明:氮化层主要由ε相(Fe_3N)和γ'相(Fe_4N)组成。随离子氮化时间的延长,ε相(Fe_3N)衍射强度逐渐降低,而γ'相(Fe_4N)的衍射强度呈逐渐升高的趋势,且氮化层的厚度、显微硬度不断增加。氮化层均呈理想的硬度梯度分布。     

H13钢QPQ处理工艺及耐磨性

目的研究540℃氮化温度下,QPQ处理对H13钢耐磨性的影响并选出最优氮化时间。方法通过SEM、EDS、XRD分别测试了H13钢QPQ处理后渗层微观组织形貌、成分分布以及物相组成。采用HVS-1000显微硬度计、MFFT-R4000高速往复摩擦磨损试验,分别对H13钢基体与540℃下不同氮化时间QPQ处理试样的渗层厚度、硬度分布、耐磨性进行了分析研究。结果 QPQ处理后,H13钢由表面向心部依次形成均匀致密的Fe_3O_4氧化膜、高硬度的ε-Fe_3N和CrN化合物层、α-Fe和Cr_2N稳定扩散层。N原子均匀分布于渗层内部。显微硬度沿截面均呈良好梯度分布。在540℃×4 h氮化工艺下,渗层次表层硬度达到最大值(1173HV0.1),是基体(498HV0.1)的2.4倍左右,磨损量仅为基体的1/13。H13钢磨损表面存在严重犁沟效应与大量磨屑,表现为典型的磨粒磨损伴随少量粘着磨损。而QPQ处理试样磨损表面仅存在少量浅显划痕,并伴随轻微结疤状凹坑,为粘着磨损。结论经QPQ处理,H13钢的耐磨性得到了显著提高,其中氮化工艺为540℃×4 h时所得的性能最优。     

关于烧结钢的离子氮化

通过对两三种烧结钢进行离子氮化处理,研究了烧结密度和添加的合金元素对其氮化特性的影响,得到下面的结果: (1)在表面生成的化合物层组织为ε—Fe_(2-3)N和γ′—Fe_4N两相。 (2)对于纯铁系试样,烧结密度越高,氮的表面扩散系数D值越大,氮化时获得的化合物层和扩散层厚度就越深。含Cu、Cr元素的合金系试样都比纯铁系试样的化合物层深,而扩散层浅。 (3)烧结密度对表面硬度的影响较大,试样的密度越大,表面硬度越高。含Cr的试样,离子氮化后,表面硬度明显上升,可达HV600以上。     

T10钢低温双辉等离子渗镀铬硬化的研究

采用双辉等离子渗铬＋离子渗氮的复合工艺,以T10钢为基材在560℃研究了该工艺对渗层硬化效果的影响。结果表明：离子渗氮前渗层表面有3-5μm的沉积层,组织致密并与基体结合紧密,基体组织无明显变化;沉积层含铬量达46%以上,扩散层深15-20μm;渗层表面物相均由Fe、Fe-Cr、Cr7C3、Cr23C6等组成;表面显微硬度达650-850HV,硬度向内呈梯度分布。渗镀层经离子渗氮后的组织与氮化前的组织无明显变化,但表面物相为Fe-Cr、Cr7C3、Cr23C6、CrN、Fe4N,表面显微硬度1000-1350HV,较未渗氮前提高65%以上,表明本复合工艺能有效提高铬渗镀层的显微硬度。     

VN复合渗层的制备及对45#耐磨性能的影响

目的对45~#强化处理,提高其强韧性和耐磨性。方法采用热反应扩散法(TRD)对45~#基体进行了3种不同的处理,分别为单渗钒、先渗氮后渗钒及先渗钒后渗氮处理。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪进行了微观形貌和物相组成的分析,采用维氏硬度计和旋转摩擦仪对渗层的硬度及耐磨性能进行分析。结果 TRD法处理后,在45~#表面形成一层均匀致密的渗层,其中单渗钒层的厚度为3.86μm,先渗氮后渗钒渗层(先渗氮层)厚度为6.02μm,先渗钒后渗氮渗层(先渗钒层)厚度为8.44μm。单渗钒层的硬度值在1306.6HV左右,而氮化钒渗层的硬度在1549.2~1710.4HV左右,均比处理前试样的硬度(295HV)有明显提高。单渗钒层是由α-Fe和VC相组成,而复合渗层是由VN、α-Fe、Fe_3N和Fe_2C相组成。渗层与基体之间的界面明显,且存在过渡层。单渗钒层试样的平均摩擦系数为0.22,先渗氮层的平均摩擦系数为0.18,先渗钒层的平均摩擦系数为0.20,均小于45~#基体的摩擦系数(为0.29)。结论 TRD法处理后形成的VC、VN渗层能提高钢基体的表面硬度和耐磨性,且钒元素和氮元素渗入的先后顺序对渗层的力学性能有影响。先渗氮层试样效果最佳,往复摩擦实验表明,试样的耐磨性顺序为:先渗氮层先渗钒层单渗钒层45~#基体。     

Ti6Al4V无氢离子氮化工艺研究

对Ti6Al4V进行以氮气为气源的无氢离子氮化工艺研究,氮化温度分别为700、750、800和900℃,保温时间4 h,通过金相检验、显微硬度测定和X射线衍射结构分析,研究了离子氮化温度等参数对渗层厚度、硬度和组织结构的影响规律。结果表明:温度是影响无氢离子氮化渗层厚度、硬度的主要因素,900℃的氮化层表面硬度达到897 HV,渗层厚度达到0.32 mm;氮化层由Ti2N(ε相)和TiN(δ相)组成。     

不同基体的TiCN膜层组织与性能研究

研究了离子氮化对CrWMn冷作模具钢TiCN膜层组织与性能的影响,使用OM、XRD、SEM、EDS、台阶仪、划痕仪等方法对薄膜形貌、硬度、结合强度、粗糙度、摩擦性能等进行了研究。结果表明,未经离子氮化的TiCN膜层主要含Fe、Ti(C,N)等物相,呈现(111)面择优生长,显微硬度为364 HV_(100),膜层结合强度不高,表面不平整,耐磨性较差。离子氮化后,TiCN膜层表面颗粒细小,致密度提高;膜层主要含Fe、Fe_3N、Fe_4N等物相,呈现(111)面择优生长,显微硬度为635 HV_(100),膜层结合强度高,表面更光滑、平整,耐磨性较好。经过离子氮化的膜层结合强度高,表面光滑,耐磨性能较好。     

等离子表面W、Mo、Y共渗制备强化层的研究

利用等离子表面冶金技术在Q235钢表面进行W、Mo、Y共渗,然后对共渗层进行离子氮化处理得到强化层.用金相显微镜、能谱仪、XRD对共渗层及强化层的组织、结构、成分和物相进行检测分析.结果表明:共渗层组织为柱状晶,W、Mo合金元素的含量由表及里逐渐减小,Y元素分布不均匀;共渗层由Fe3Mo、Fe17Y2和(W、Mo、Y)在α-Fe中的固溶体等物相组成;共渗层离子氮化后的强化层有大量氮化物弥散分布,主要物相为Fe4N、Fe3Mo、MoN、Mo2N、W2N和WN等.通过对比发现,Y元素的加入使强化层硬度提高100HV0.1左右;在磨粒磨损的条件下,强化层耐磨性比对比试样提高1.58倍.     

QPQ处理后H13钢的组织与性能

对H13钢进行了540℃×4 h氮化及440℃×20 min氧化QPQ盐浴复合处理,利用SEM、X射线衍射仪对渗层微观形貌、物相组成进行了分析,利用显微硬度测试仪、摩擦磨损试验和极化曲线测试了其硬度分布、耐磨性及抗蚀性。结果表明:H13钢经QPQ盐浴复合处理后,渗层组织细小、厚度均匀,主要由Fe_2N、Fe_3N、Fe_3O_4及少量Cr_2N物相组成;表面硬度、耐磨性及耐蚀性得到明显提高,相比基体硬度提高135%,摩擦因数降低29.34%,自腐蚀电流密度降低一个数量级。     

碳素工具钢560℃双辉等离子渗铬硬化的研究

采用离子氮化＋双层辉光离子渗金属的复合处理渗铬新技术，对碳素工具钢进行560℃表面渗镀铬硬化研究。结果表明，渗镀层组织由沉积层＋扩散层组成；渗镀层表面形成4～5μm的沉积层，含铬量达50％以上，致密并与基体冶金结合；内有20-25μm的扩散层，扩散层含铬量呈梯度分布；经X射线衍射分析，其表面物相由Fe-Cr、CrN、Cr7C3、Cr23C6等组成；渗镀层的显微硬度达1000HV以上，硬度向内逐步降低，呈梯度分布。     

离子氮化40Cr与TiN和TiAlN复合处理的组织与性能

对40Cr分别进行TiN和TiAlN涂层复合处理,对比研究了二者的组织与性能。结果表明,两种致密、均匀的涂层沉积在离子氮化表面能够降低表面粗糙度。TiN涂层的物相主要是TiN与Ti_2N,表面硬度达到2700 HV0.2,结合力15 N;Ti lN涂层则主要由Fe_4N、(Ti,Al)N和TiN等相组成,表面硬度达到3000 HV0.2,结合力为17 N;氮化与涂层的复合处理相比于氮化处理能够获得更高的硬度。TiN涂层硬度较低、脆性较大,在相同的加载条件下,磨损更为严重,磨痕边缘涂层变形与剥落更加明显;TiAlN涂层磨痕宽度均匀,磨损量低,耐磨性最高。     

(N^++IP)-TiN复合涂层界面显微硬度分布SCIEI

由离子氮化与离子镀复合工艺在A_3钢基材上获得(N^++IP)-TiN复合涂层。其涂层与基格界面的显微硬度随着从涂层表面到基材距离的逐渐增加而缓慢降低。经X射线相分析及电子探针元素分析认为。主要是由于IP-TiN膜与基材之间存在着离子氮化层(εFe_3N-Fe_2N相和Fe_4N相)所致。     

(N~++IP)-TiN复合涂层界面显微硬度分布

由离子氮化与离子镀复合工艺在A_3钢基材上获得(N~++IP)-TiN复合涂层。其涂层与基格界面的显微硬度随着从涂层表面到基材距离的逐渐增加而缓慢降低。经X射线相分析及电子探针元素分析认为。主要是由于IP-TiN膜与基材之间存在着离子氮化层(εFe_3N-Fe_2N相和Fe_4N相)所致。     

预渗氮对H13钢表面电弧离子镀TiN薄膜性能的影响

采用MIP-800C多功能离子渗镀设备,分别在H13钢表面及经表面渗氮后的H13钢表面渗镀TiN薄膜.对两种状态下渗镀的TiN薄膜层的形貌与相组成进行观察分析,并检测了其显微硬度及膜基结合力.结果表明, 经表面渗氮后的H13钢表面渗镀的TiN薄膜较光滑致密,少有大颗粒出现;其显微硬度比未经表面渗氮渗镀的略高(由1831 HV0.025提高到2107HV0.025), 而膜基结合力(78 N)约为后者(44 N)的两倍.预先对H13钢进行表面渗氮能显著提高渗镀的TiN薄膜与基体的结合力及其力学性能.     

45钢低温双辉等离子渗铬的研究

采用"氮化+双辉等离子渗铬"复合工艺,在630℃扩散层组成;渗层表面形成4～5μm的沉积层,含铬量达到52%左右,致密并与基体结合紧密;内有20～25μm的扩散层.扩散层含铬量呈梯度分布;表面物相由Fe-Cr、Cr7C3、Cr23C6、CrN等组成;渗层表面显微硬度达950HV,硬度向内呈梯度分布,而没有改变基体材料的结构和性能.这种高的表面硬度对提高材料表面耐磨性具有重要意义.     

渗氮工艺对18Ni马氏体时效钢性能的影响

通过对渗氮层硬度分布、显微组织形貌和X射线衍射分析,以及力学性能、缺口敏感性和延迟断裂抗力等性能的分析,研究了18Ni300马氏体时效钢在不同渗氮温度和时间后的渗氮层及对力学性能的影响。当480℃渗氮时间为24 h时,渗氮层厚度为0.14 mm;渗氮时间为48 h时,厚度为0.17 mm;当500℃渗氮时间为24 h时,渗氮层厚度为0.17 mm;渗氮时间为48 h时厚度为0.19 mm。渗氮层厚度增加会降低了材料的韧性,但是渗氮层与基体之间仍有非常高的结合强度。提高渗氮温度和延长渗氮时间对渗氮层硬度影响不大,但都会增加基体残留奥氏体含量,从而降低了基体的硬度。渗氮后使得试样表面的压应力增加,对裂纹扩展有阻碍作用,使得带渗氮层试样的断裂韧度K_(IC)值更高;但随着渗氮温度和时间的增加,脆性的渗氮层厚度增加,抵消了畸变的Fe_4N相对裂纹扩展的阻碍作用,会使得K_(IC)值降低。缺口根部高硬度的渗氮层提高了缺口敏感性,渗氮温度和时间的增加使得缺口敏感指数由480℃×24 h的1.18,降低到500℃×48 h的0.917,缺口敏感性指数小于1时,不足以保障渗氮构件的安全性和可靠性。极低的拉伸速度(0.0015 mm/min)使得拉伸时缺口的抗拉强度不下降,证明渗氮并未增大延迟断裂倾向。     

钛合金Ti6Al4V表面Mo-N改性层的摩擦性能研究

采用钼-氮离子共渗与离子渗钼后再氮化2种工艺,在钛合金Ti6Al4V表面形成均匀致密的钼氮合金渗层.实验结果表明,2种工艺形成的表面合金层表面硬度都有大幅度提高,其中渗钼后氮化的硬度Hk0.1为16 810 MPa,钼-氮共渗Hk0.1为18 040 MPa.渗钼后氮化合金层主要为MoN相,而钼-氮共渗合金层主要为Mo2N相. 干摩擦条件下,球盘磨损试验表明,渗钼后氮化工艺更好地改进了钛合金Ti6Al4V耐磨性,降低比磨损率3个数量级.     

固体渗铬层组织结构及性能稳定性研究

采用固体粉末法在GCr15钢表面进行渗铬处理,研究了不同渗铬时间下渗层的结构和性能,并研究了自然时效对渗层结构、力学性能的影响。采用扫描电子显微镜及EDS能谱仪、X射线衍射仪研究了时效前后渗层组织结构的变化,采用显微硬度仪、纳米压痕仪、洛氏硬度计分析了时效前后渗层表面硬度、截面微区硬度、与基体的结合强度。结果表明:渗层主要由Cr_2N、(Cr,Fe)_(23)C_6和(Cr,Fe)_7C_3相组成,渗层外表面为不连续的氮化铬晶粒分布在疏松的碳化铬中,随着渗铬时间的增加,氮化铬晶粒长大;渗层下表面为碳化铬层,由外向内Cr逐渐减少,Fe逐渐增加,形成了梯度过渡层结构。渗层表面显微硬度(HV_(0.05))在14 920～16 980 MPa之间,经过1a自然时效后表面显微硬度稍有降低;截面纳米硬度表明,随着Cr含量逐渐减少,纳米硬度也相应下降。洛氏压痕结果表明,压痕周围存在放射性裂纹及不同程度的渗层剥落现象;经过1a自然时效后压痕周围只存在放射性裂纹,渗层与基体结合强度提高。