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。     

钛催渗低温离子渗氮对304不锈钢组织性能的影响

目的 在保障304奥氏体不锈钢良好耐蚀性前提下,研发显著改善表层硬度及耐磨性的低温高效离子渗氮技术。方法 低温离子渗氮时,在试样周围均匀放置微量海绵钛,研发304奥氏体不锈钢创新钛催渗低温离子渗氮技术。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线粉末衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损测试仪,以及电化学工作站等设备分别对试样截面显微组织、物相及成分、截面显微硬度、渗层耐磨性能、耐蚀性能等渗层组织性能进行测试与分析。结果 304奥氏体不锈钢在420 ℃/4 h钛催渗离子渗氮处理后,不仅保持了良好耐蚀性,且渗层耐蚀性比常规低温离子渗氮略有提升,同时,表面硬度与耐磨性大幅提高,表面硬度由常规离子渗氮的978HV0.025提升至1350HV0.025。磨损率由20.9 μg/(N.m)降低至7.4 μg/(N.m),下降了约2/3。特别有价值的是,钛催渗低温离子渗氮效率比传统离子渗氮显著提升,渗氮层厚度由常规离子渗氮的11.37 μm增厚到48.32 μm,即渗氮效率提高到常规离子渗氮的4倍以上。结论 本研究研发的钛催渗低温离子渗氮技术在保障304奥氏体不锈钢优良耐蚀性的同时,能够大幅度提升不锈钢表面硬度及耐磨性能,且具有显著的催渗效果。     

直流电场对40Cr钢的低温QPQ催渗

以40Cr作为基体材料,研究了施加直流电场对450 ℃低温QPQ处理时的加速渗氮。对处理后试样的渗层组织、渗层厚度、渗层硬度及物相进行了分析,并对低温QPQ直流电场加速渗氮的机理进行了分析。结果表明:通入直流电场保温2 h后试样的化合物层可达18 μm,与无直流电场保温17 h的化合物层厚度相近,显著提高了渗氮速度。施加直流电场后的40Cr钢表面硬度达到813 HV0.1,是无直流电场硬度的1.3倍。直流电场能够使阳极试样周围聚集CNO^-离子,并为CNO^-离子的分解提供额外能量,获得更多渗氮所需的活性氮原子,从而达到催渗效果。     

离子渗氮前预氧化催渗作用及机理

研究了预氧化对42CrMo钢离子渗氮的催渗作用及机理。采用光学显微镜、显微硬度计、XRD、SEM和接触角测量仪研究了渗氮层厚度、渗氮层物相、预氧化后表面形貌和表面自由能。结果表明,预氧化对离子渗氮具有明显的催渗作用,在300℃预氧化30 min后进行离子渗氮(500℃、4 h),化合物层厚度达到15μm,是不经预氧化处理的传统离子渗氮化合物层厚度的2倍以上;有效扩散层厚度达到最大值570μm,明显高于传统离子渗氮的有效扩散层厚度。研究还表明,300℃预氧化30 min后表面产生了大量纳米级氧化物颗粒和微裂纹、孔洞,同时接触角最小、表面自由能最大,离子渗氮阶段氧化物可以有效地转化为氮化物。由此推测预氧化催渗机理可能是表面纳米级氧化物颗粒和微裂纹、孔洞的形成,一方面有利于活性氮原子的吸附,从而促进化合层的形成,另一方面为氮原子提供的扩散通道,有利于扩散层的增加。     

离子氮铝共渗方法及对42CrMo钢组织性能的影响

目的 研发离子氮铝共渗试验方法,达到不影响42CrMo钢基体组织性能前提下,显著提高试样表面硬度和耐磨性效果。方法 采用电解法在42CrMo钢表面沉积氢氧化铝膜,再在520 ℃/4 h工艺下进行离子氮铝共渗处理,并在相同工艺参数条件与传统离子渗氮进行对比。用光学显微镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损测试机、X射线衍射仪及SEM对截面显微组织、截面硬度、耐磨性及物相等进行了测试和分析。结果 获得了离子氮铝共渗试验方法,在520 ℃/4 h相同工艺参数下,离子氮铝共渗形成的化合物层和有效硬化层厚度比常规离子渗氮显著增加,其中,化合物层厚度由17.24 μm增加到52.13 μm,有效扩散层从175 μm增加到1 050 μm,相当于等离子处理效率提升6倍;同时,渗层形成了AlN及FexAl强化相,大幅度提高了渗层的硬度及耐磨性能。表面硬度由750HV0.025提高到1 250HV0.025,摩擦因数由常规离子渗氮0.52下降到0.29,磨损率由常规离子渗氮3.22×10^?5 g/(m.N)下降到1.21×10^?5 g/(m.N),磨痕明显减轻。结论 采用电解硝酸铝生成氢氧化铝沉淀附着在工件表面作为预处理,获得了离子氮铝共渗试验方法,与常规离子渗氮相比,离子氮铝共渗形成了多层次渗层结构,大幅度提高常规离子处理效率、表面硬度及耐磨性。     

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.     

微量钛对离子渗氮渗层特性及性能的影响

为调控离子渗氮渗层特性,获得少脆性化合物层、厚韧性扩散层的渗氮层,提高离子渗氮渗层抗冲击性和重载下的耐磨性,对 42CrMo 钢进行了添加微量钛的创新离子渗氮处理。 利用光学显微镜、SEM、XRD 和显微硬度计对渗层的截面显微组织、表面形貌和成分、物相和截面硬度进行了测试和分析。 结果表明:添加微量钛离子渗氮可显著改善渗层特性,获得少化合物层的高硬高韧渗氮层,同时显著提高离子渗氮效率。 在 540 ℃ ×4 h 工艺条件下,添加微量钛可使离子渗氮有效硬化层厚度显著增加,由常规离子渗氮的 225 μm 增加到 380 μm,即渗氮效率提高近 70%;有效硬化层厚度提高的情况下,化合物层厚度反而减薄,由常规离子渗氮的 19 μm 降低到 10 μm,即化合物层厚度降低了约 50%;渗层中化合物层与有效硬化层之比值由常规离子渗氮的 8. 5%降低到 2. 6%。 同时添加微量钛离子渗氮渗层中形成了高硬度强化相 TiN,使渗层表面硬度由 703 HV0. 05 提高至 895 HV0. 05 。 添加微量钛离子渗氮获得了薄化合物层、高硬高韧、厚有效硬化层的优良渗氮层特性,该渗层特性对改善离子渗氮零部件抗冲击性和重载下的耐磨性具有重要研究和应用价值。     

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。     

表面机械研磨处理对H13钢离子渗氮行为的影响

采用SEM、TEM和显微硬度计等研究了H13钢表面经机械研磨处理后520℃离子渗氮行为.结果表明,经过机械研磨(SMA)处理后H13钢表层形成了一定厚度的变形层,该变形层的晶粒尺寸10～20 nm,表面硬度约800 HV0.2.在直流脉冲渗氮炉中经520℃离子渗氮5 h后,未SMA处理和经SMA处理后的渗氮层厚度分别为65 μm和115 μm,表明机械研磨处理对H13钢离子渗氮具有明显的催渗作用.     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

渗氮技术及其进展

本文系统讲述了常规渗氮技术及渗氮的新技术,阐明了渗氮技术的现状及发展,指出随着渗氮工艺的完善,低成本、高精度、高质量且有利于环保的渗氮新技术,将是21世纪渗氮技术发展的重要方向。     

低铝加钒的38CrMoAl氮化钢的试验研究

研究了低铝加钒的３８ＣｒＭｏＡｌ氮化钢的氮化性能及力学性能。结果表明，低铝（０．６５％Ａｌ）加钒（０．２５％Ｖ）的３８ＣｒＭｏＡｌ钢的性能可完全达到原３８ＣｒＭｏＡｌ钢的性能。氮化后，氮化表面硬度达ＨＶ１０００以上。     

预氧化+稀土铈对42CrMo钢离子渗氮的影响

针对离子渗氮渗层浅及生产周期长等技术难题,采用预氧化与稀土复合催渗对工程常用结构钢42CrMo进行了离子渗氮。利用显微硬度计、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等对渗氮速率、渗氮层组织、表面形貌等进行了系统的研究。结果表明,经400 ℃×1 h氧化+0.6 cm²/kg(铈表面积/装炉量)稀土的复合催渗工艺具有最佳催渗效果;与无催渗试样相比,优化后的复合催渗不仅提高了渗氮效率,同时减少了脉状氮化物,且降低了渗氮层的硬度梯度。     

新渗氮钢30Cr2MoV的耐磨性研究

新渗氮钢３０Ｃｒ２ＭｏＶ的耐磨性研究张振宇，杜树芳（吉林工业大学）（长春光机所）１前言随着渗氮技术的发展，各种新渗氮钢相继问世。但是，关于新渗氮钢的特性，渗氮介质、工艺与其性能的关系却很少报道。本文研究了含钒量、原始组织及渗氮工艺对新渗氮钢３０Ｃｒ２...     

Overheating of plasma-nitrided workpieces with cylindrical blind hole

In the plasma nitriding process, the workpiece is uniformly covered by glow discharge and is heated by ionic and neutral species bombardment. In this study, AISI 304 stainless steel workpieces with cylindrical blind holes were plasma nitrided in an atmosphere of H₂-20N₂ at 1000 Pa, 773 K, for 2 h. The influence of the hole dimensions on the temperature uniformity was investigated. This work is important for the plasma nitriding of workpieces with complex geometrical shapes, such as gearing, crankshafts, dies, and injection nozzles.     

马氏体不锈钢不同渗氮方法对比试验

采用离子渗氮、液体渗氮及气体渗氮对耐蚀耐热马氏体型热稳定不锈钢1Cr12Ni2WMoVNb进行表面改性,研究了不同渗氮方法下不锈钢的硬度、组织形貌、物相变化及脆性,并对3种渗氮方法下不锈钢的耐蚀性及耐高温磨损性能进行了比较。结果表明:3种渗氮方法均可大幅度提高不锈钢的表面硬度,且不同渗氮处理后不锈钢的渗层组织结构大致相同,但表面物相有所差异,离子渗氮后的表面物相主要为Fe₄N及少量CrN相,液体渗氮后为Fe₃O₄及ε相,气体渗氮后为Fe₃O₄、Fe₄N及少量ε相;3种渗氮方法均可提高不锈钢的耐磨损性能,特别是在500~600 ℃下的高温耐磨性得到了大幅提升,但不锈钢渗氮后的耐蚀性均有所降低。     

奥氏体不锈钢低温离子渗氮工艺研究

对304、316 L奥氏体不锈钢进行了不同温度、不同时间的离子渗氮。研究了渗层的显微组织和耐腐蚀性,测定了渗层的硬度。结果显示,随着渗氮温度的升高,两种钢渗层的表面硬度和深度都增加,而耐蚀性降低。渗氮温度≥400℃时,随着渗氮时间的延长,两种钢渗层的表面硬度变化不大,但深度明显增加,渗层的耐蚀性降低。当渗氮工艺相同时,316 L钢渗氮层的硬度、深度和耐蚀性均比304钢的渗氮层高。     

氨分解率自动测量装置的研制及其应用

介绍了一种新型氨分解率测量装置。其原理是根据氨气极易溶于水的特点，利用可编程控制器PLC、压力传感器、电磁阀等元件实现了氨分解率的自动测量。该装置与计算机联接，能够实现渗氮过程氮势的自动控制。     

短应力线轧机拉杆离子渗氮畸变控制

为探明杆状工件离子渗氮畸变的影响因素,对短应力线轧机拉杆的加工残余应力、装卡方式、多次升温和降温等因素进行了研究。结果发现,影响拉杆渗氮畸变的最大因素是拉杆的加工应力,所以对于长杆状工件,在精加工和渗氮之前加入合理的去应力工序可以有效控制渗氮畸变;另外,缓慢升温、降温及垂直悬吊的装卡方式也可以在一定程度上减小渗氮畸变。需多次渗氮才能满足图纸技术要求的长杆状工件,在每渗氮一次之后,把工件旋转180°,可以有效控制渗氮畸变。     

低温离子渗氮时间对304不锈钢渗层的影响

对304奥氏体不锈钢进行400 ℃不同时间的离子渗氮处理.利用光学显微镜、轮廓仪、能谱仪、X射线衍射仪和显微硬度计研究了经渗氮处理后试样改性层的表面形貌、微观结构、相组成和性能等.结果表明,随着渗氮时间的延长,试样表面的粗糙度、渗层厚度、表面氮含量、显微硬度基本呈线性增加;X射线衍射分析表明,在400 ℃不同时间的渗氮层为单一S相,并无CrN相析出.