含稀土钢在不同工艺条件下的渗氮行为

研究了在38CrMoAlA钢中加入稀土对气体渗氮和液体渗氮的影响。发现在两种渗氮方式下钢中稀土都能明显提高表面及近表面硬度,但略减小了渗层厚度。同时还发现,钢中稀土元素对气体渗氮比对液体渗氮的影响明显。而且,在本文试验条件下,稀土含量约0.0955%（质量分数）时影响最大。     

稀土含量对38CrMoAl钢渗氮层性能的影响

为了克服38CrMoAl钢渗氮速度慢,渗层脆性大,稀土添加到渗氮气氛中只能作用于工件表面等缺点,研究了38CrMoAl钢中不同稀土添加量对渗氮层性能的影响,并初步分析了其影响机制。研究结果表明：稀土对38CrMoAl钢渗氮具有明显的催渗作用,且能提高渗层性能。原因是稀土加入钢中后,引起周围铁原子的点阵畸变,有利于氮原子的吸附和扩散,且稀土易与渗氮气氛中的氧结合,削弱了氧对渗氮的阻碍作用;同时稀土的晶粒细化、固溶体强化、微合金化也是其改善渗层性能的重要原因。     

38CrMoAlA、40Cr钢经不同渗氮工艺处理后的性能研究

研究了38CrMoAlA和40Cr钢经气体渗氮、气体氮碳共渗、离子渗氮处理后渗氮层的组织、硬度、摩擦磨损和腐蚀性能。试验结果表明，38CrMoAlA钢渗氮层的硬度及在3．5％NaCl溶液中的耐蚀性能高于40Cr钢，但抗摩擦磨损性能不如40Cr钢。依气体渗氮、气体氮碳共渗到离子渗氮的顺序，渗氮层的抗磨损性能逐次提高，但抗腐蚀能力逐次降低。从钢的化学成分、渗氮层的硬度和韧性出发，对38CrMoAlA和40Cr钢渗氮层的性能差异进行了分析与总结。     

稀土在35CrMoRE钢离子渗氮中的催渗作用

对３５ＣｒＭｏ、３５ＣｒＭｏＲＥ钢进行离子渗氮、发现稀土钢渗氮层硬度提高,层深加厚,稀土元素具有明显的催渗作用,应用稀土钢可以较好地达到深层,快速离子渗氮的目的。本文还探讨了稀土元素对离子渗氮过程的催渗作用,提出了气团－通道模型。     

非调质钢表面硬化处理工艺

试验用非调质钢为F35MnV、F38MnVS、F40MnVS、F45MnVS及F49MnVS铁素体-珠光体钢和F12Mn2VBS贝氏体钢。对这些钢进行了表面硬化处理试验。结果表明,铁素体-珠光体型非调质钢可采用气体渗氮、离子渗氮和气体氮碳共渗以提高其表面硬度和耐磨性,但贝氏体非调质钢氮碳共渗处理后,其冲击韧度从46.7 J降低到了35.0 J,故不宜采用该工艺进行表面硬化。此外,F40MnVS钢的高频感应淬硬层表面硬度和硬化层深度与45钢的基本相同,经渗氮处理的F35MnV和F40MnVS钢渗层的化合物层比40Cr、45和38CrMoAlA钢的薄,而扩散层较厚者厚,表面硬度比40Cr、45钢高,比38CrMoAlA钢低。经气体氮碳共渗的非调质钢具有良好的综合力学性能。     

38CrMoAl钢喷丸预处理与稀土催渗等离子多元共渗复合工艺研究

目的探索38CrMoAl喷丸预处理与稀土离子多元共渗复合强化新工艺的效果及其机理。方法通过设计正交实验筛选出最优处理工艺,在最优工艺参数条件下进行对比试验,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,利用SEM和能谱分析研究每组试样渗氮层的性能及产生原因。结果 38CrMoAl钢喷丸预处理与稀土催渗离子多元共渗的最优工艺参数为:渗氮温度540℃,氨气流量2.0 L/min,保温时间9 h。38CrMoAl钢试样的最大硬度为1221HV,渗层厚度为355μm。38CrMoAl钢试样的金相显微组织分析表明,喷丸预处理、稀土催渗对等离子多元共渗有促进作用,两者复合工艺的多元共渗作用效果大于单一稀土催渗和等离子多元共渗工艺。38CrMoAl钢试样渗层的能谱检测结果显示,复合处理工艺与单一处理工艺相比,在同一深度渗入的氮、碳、氧元素含量以及渗层深度均有明显提高。结论喷丸预处理与稀土催渗离子多元共渗工艺优于普通多元共渗和稀土多元共渗,喷丸和稀土的复合处理可以显著增强渗层厚度和渗入元素含量,有利于材料表面性能的提升。     

38CrMoAl钢中粒状贝氏体对渗氮层组织和性能的影响

着重研究了38CrMoAlA钢中粒状贝氏体对渗氮层组织和性能的影响，指出，粒状贝氏体的存在会使氮化层表面形成脆性针状氮化物，导致渗层表面发生剥落。而晶粒细化会使脆性改善，同时使渗层的硬度梯度更加平缓。     

合金钢稀土渗氮层的硬度增强机理

为研究合金钢稀土渗氮层硬度增强机理,采用扫描电镜、透射电镜和显微硬度计等测试方法,对3种常用合金钢的常规渗氮和稀土渗氮的显微组织和渗层硬度进行分析。结果分析认为,稀土原子的渗入导致钢表层晶粒缺陷密度增加,在缺陷处生成气团,使晶粒内氮原子偏聚区增多,晶粒亚结构细化,导致硬度提高;同时稀土原子沿晶界渗入和扩散,会诱导晶界迁移,使晶界表面突壁和扭折密度发生变化,可以使常规渗氮中容易析出的网状ε氮化物减少,降低了沿晶界断裂的可能性,在晶界强化。这些作用的叠加,提高了渗氮层的硬度,增强了材料的力学性能。     

脉冲渗氮温度对38CrMoAlA钢渗氮层耐蚀性的影响

采用真空脉冲渗氮的方法对38CrMoAlA钢进行渗氮处理,通过光学显微镜、盐雾腐蚀以及电化学测试对渗氮层的腐蚀性能进行了研究。结果表明,540 ℃真空脉冲渗氮后,38CrMoAlA钢耐盐雾腐蚀性能最佳,渗氮层表面形貌为均匀致密的白亮层,渗氮层与基体结合紧密,在盐雾腐蚀72 h后试样表面基本保持完好,其腐蚀速率为未渗氮试样的22.6%,自腐蚀电流从基体的102.774 µA·cm^-2降低到4.893 µA·cm^-2,明显提高了渗氮层的耐腐蚀性能。     

38CrMoAl钢钛催渗等离子氮化工艺研究

目的 探究38CrMoAl钢钛催渗等离子渗氮工艺及机理.方法 在其他工艺参数确定的情况下,通过常规等离子渗氮与钛催渗等离子渗氮处理对比试验,研究38CrMoAl钢钛催渗离子渗氮处理随渗氮时间的变化规律.对试样进行表面硬度、渗层深度检测和显微金相组织与SEM形貌的观察,探究不同处理工艺的催渗效果及钛催渗等离子渗氮的机理.结果 在渗氮的前3 h,渗氮层厚度增加明显,当渗氮时间超过3 h后,其氮化层的厚度便趋于饱和.对比不同时间(3、5、8 h)钛催渗等离子渗氮的表面硬度,差距不大.综合得出38CrMoAl钢在渗氮温度535℃、氨气流量2.0 L/min的工艺参数下,钛催渗等离子渗氮效率最优的渗氮时间为3 h,其表面硬度为1160.8HV,渗层深度为300μm,优于常规离子渗氮8 h的作用效果.结论 38CrMoAl钢试样经过钛催渗等离子渗氮后,渗层的表面硬度和深度明显高于常规离子渗氮.钛的加入可以促使合金元素向表面富集,有利于表面合金化,提升渗氮效率,增强渗氮效果.     

气体氮化后除氢工艺的研究

对气体氮化后的除氢工艺及力学性能进行了研究。结果表明，不同钢具有不同的除氢工艺；经不同温度除氢，试样表面的氢含量及试样的力学性能不同；通过试验分析，获得了4Cr14Ni14W2Mo钢、18Cr12Ni4WA钢、38CrMoAlA钢的除氢工艺。     

热循环离子渗氮及其强渗作用

用正交试验法研究了３８ＣｒＭｏＡｌＡ钢热循环离子渗氮的特点及其强渗作用。结果表明，渗氮过程受循环参数控制，渗层组织呈层状结构，渗层生长曲线存在长达６ｈ的亚速线性段；在强渗工艺下，该段斜率明显增大。这一动力学特性看来是由热循环催渗和离子轰击加速氮原子扩散的有利作用所致，从而使深层渗氮时间比恒温或分段渗氮缩短了２／３￣１／２。     

新型氮化钢25Cr5MoA的试制

为满足柴油机柱塞套用材料的要求，开发质量优于38CrMoAlA钢和GCr15钢的材料，研制了一种新型氮化钢25Cr5MoA。首先分析确定了材料的化学成分，然后电炉冶炼得材。试验测定了该钢的CCT曲线，探讨了淬火和回火加热温度对该钢力学性能的影响。结果表明，该钢具有良好的淬透性和较好的综合力学性能。     

38CrMoAlA钢传动主轴失效分析

借助光谱仪、蔡司光学显微镜和洛氏硬度计等分析手段对38CrMoAlA钢主轴失效件的化学成分、非金属夹杂物、断口裂纹形貌、显微组织和硬度进行检测与观察,分析并讨论了造成该工件裂纹产生的影响因素。结果表明:38CrMoAlA钢主轴的化学成分、硬度、渗氮层、非金属夹杂物、带状组织均符合标准要求;显微组织晶粒粗大,为贝氏体+珠光体,非预期使用态组织(回火索氏体),故工件硬度高、内应力较大、脆性较大,在应力的作用下易产生裂纹,导致脆性断裂失效。     

塑性变形和稀土元素对离子SCN共渗的影响

研究了塑性变形和稀土元素对离子SCN共渗过程的影响。结果表明，塑性变形对离子SCN共渗过程和气体氮化过程的影响有着不同的规律；稀土元素对离子SCN共渗工艺具有明显的催渗作用，且发现对于合金钢的催渗效果要比碳钢大。对室温成型工件进行稀土SCN共渗工艺处理，可有效地改善工件表面的耐磨性。     

Cr12钢的稀土诱导离子渗氮工艺

对Cr12钢进行了稀土诱导离子溅射渗氮试验,利用显微硬度计测量了试样表面渗氮层的硬度与层深,结合XRD衍射仪分析了复合渗氮层的相组成,最后用摩擦试验机检测试样表面的摩擦磨损特性。结果表明,稀土能够影响Cr12钢离子溅射渗氮效果,且其效果随两者距离的增加而急剧下降。当稀土与Cr12钢试样距离小于25 mm时,试样表面硬度相对普通离子渗氮工艺明显减小,表面摩擦因数及磨损率略差,但其渗氮层深度却明显增加;当两者距离超过25 mm时,稀土诱导效果明显减弱,试样表面的硬度及摩擦因数与普通离子渗氮工艺基本相同,但磨损率明显增大。分析表明,稀土元素能增大试样表面氮离子的吸附能力且为其渗入提供路径优势,当两者距离过大时稀土离子吸附性减弱,诱导效果消失,同时也使试样表面产生晶格缺陷,降低了其表面抗磨损的能力。     

脱碳层对38CrMoAl钢离子渗氮的影响

对表面残存不同厚度脱碳层的38CrMoAl钢塔形试样进行离子渗氮,借助显微硬度计、光学显微镜、扫描电镜等多种手段,对试样渗速、硬度及渗氮前后的微观组织进行研究。结果表明,在残余的脱碳层里存在较严重的魏氏组织;残余脱碳越严重魏氏组织越多;离子渗氮的渗速随着表面脱碳层厚度的增加先增加后降低;魏氏组织中大量的铁素体为氮原子扩散提供了快速渗入通道及形成大量氮化物的场所,在渗层表面形成大量的鱼骨状、网状、脉状氮化物,数量随着脱碳层的增加而增加,并且不断向渗层深处延伸。38CrMoAl钢表面残存脱碳层虽然有加快渗速的作用,但会增加渗层的不良组织,增加渗层剥落的风险。故38CrMoAl钢制工件做普通调质应适当加大加工余量。