第4章 表面合金化

把一种或几种元素渗入基体金属(或合金),改变其表层成份和组织,并提高其使用性能的方法,称为表面合金化或化学热处理。化学热处理的原理以及在钢铁基体上渗碳、碳氮共渗、氮化、渗硼、碳氮硼三元共渗、渗硫、硫氮及硫碳氮共渗等,巳在本手册第44篇的化学热处理章中作了介绍。本章只着重介绍渗铝、渗硅、渗钒、渗铬、渗锌     

气体碳氮共渗钢锯条性能研究

采用薄层气体碳氮共渗新工艺，对钢锯条的性能进行研究。结果表明控制锯齿渗层的成分，组织，渗深及表面硬度，消除了黑色组织，显著增加锯条的弯曲强度和挠度，减少脆性断裂，相对液体碳氮共渗锯条，可明显提高锯切性。     

45钢奥氏体氮碳共渗的组织结构及摩擦学性能

利用流体法研究了对４５钢铁素体及奥氏体作氮碳共渗处理的工艺；为便于比较，同时对４５钢进行了淬火＋低温回火处理。通过金相观察，显微硬度和Ｘ射线衍射分析，测定了两种氮碳共渗系数及耐磨性能，并使用轮廓仪测定了试样表面的粗糙度。结果表明，奥氏体氮碳共渗后试样表面的化合物层由两层组成，表层为Ｆｅ３Ｎ次表层为富含氮、碳的马氏体及奥氏全；而经铁素体氮碳共渗处理的试样，其表面的化合物层只有一层（由Ｆｅ３Ｎ及少量的     

齿轮用钢稀土碳氮共渗层摩擦学性能研究

研究了稀土元素对齿轮钢碳氮共渗过程及其摩擦磨损性能的影响.结果表面:稀土对齿轮钢碳氮共渗过程有明显的催渗作用;稀土在碳氮共渗中渗入钢表面起微合金化作用改善了渗层组织;稀土碳氮共渗处理后的抗干磨损性能及抗滑动磨损性能均明显优于普通碳氮共渗处理.     

金属材料表面改性技术—奥氏体氮碳共渗的进展

国际热处理联盟专用木语委员会已经将氮碳共渗正式定义为化学热处理(以前称为软氯化),它可用于金属零件,以形成表面氮碳富集的化合物层,并在该层下面形成富氮扩散区。铁素体氮碳共渗是在Fe-N-C三元系共析温度之下(即低于580℃)进行的,其扩散区处于铁素体状态,旨在使金属零件表面具有良好的耐磨性、抗疲劳与抗腐蚀性能。但是,普通碳钢经处理后,化合物层下面不具备明显硬化层。奥氏体氮碳共渗是在590～720℃进行的奥氏体状态处理,此时共     

钢的稀土氮碳共渗技术研究进展

稀土元素对氮碳共渗渗层的硬度、耐磨性等性能的提高起到了积极的作用,稀土在氮碳共渗中的作用及相关机理有待进一步研究。通过参考现有国内外报道的试验及机理研究,对钢的稀土氮碳共渗的发展过程、类型及稀土的加入方式、在共渗过程中的作用机理、对渗层及基体力学性能的影响进行了综合分析和总结。对钢的稀土氮碳共渗存在的问题进行了探讨,并给出了一些建议。     

稀土元素用于化学热处理的研究现状

为进一步认识稀土元素对合金表面性能的改良潜力,不断扩大我国稀土化学热处理的应用范围,重点介绍了稀土元素在渗碳、碳氮共渗、渗硼、渗钒及复合共渗等化学热处理工艺中的最新研究成果、特点及其应用现状,简要分析了稀土在化学热处理中的活化催渗、改善渗层组织性能的作用机理,总结指出了稀土化学热处理的主要研究方向和未来发展趋势。     

几种常用低温化学热处理渗层的抗咬合性能

采用Falex试验法,研究了几种常用低温化学热处理渗层的抗咬合性能,结果表明盐浴硫氮碳共渗、气体渗氮、气体氮碳共渗层具有优异的抗咬合性;离子渗氮及离子渗氮+低温电解渗硫亦可改善抗咬合性,各种渗层的抗咬合性均符合Bowden和Tabor理论。     

碳氮马氏体和含氮马氏体在回火过程中的硬度变化

测试了20Cr2Ni4A钢820C碳氮共渗层中的碳氮马氏体低温回火时的硬度变化和工业纯铁经680C氮碳共渗后渗层中的含氮马氏体回火过程中显微硬度的变化。     

表面纳米化38CrMoAl钢的低温离子氮碳共渗

采用表面机械研磨处理（SMAT）技术实现了38CrMoAl钢的表面纳米化,并对表面纳米化后的样品进行了490℃离子氮碳共渗。采用扫描电镜、X-衍射、透射电镜、显微硬度仪等分析和测试手段,对处理后的样品进行观察分析及性能测试。结果表明：经SMAT处理的样品实现了低温离子氮碳共渗,渗层中渗入较多的氮、碳原子,并析出大量细小的高硬度化合物,获得了较好的硬度分布。     

稀土元素对碳氮共渗过程中渗层碳氮浓度的影响

本文研究了稀土元素对碳氮共渗过程中渗层浓度的影响。试验结果表明,稀土可使共渗表层碳氮浓度有所提高,渗层深度增加。用电子探针能谱测出渗层沿表面的碳浓度分布曲线,从而进一步证实了稀土的活化催渗作用。     

气体氮碳共渗中NH3和CO流量对低碳钢渗层组织及其性能的影响

通过调控气体氮碳共渗过程中的NH_3和CO流量来调控气氛中的氮化势和碳势,从而调控共渗层的微观组织和性能。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电化学分析仪研究了气体氮碳共渗过程中的NH_3和CO流量对低碳钢氮碳共渗层的微观组织结构及其性能的影响。研究结果表明:气体氮碳共渗气氛中,随着NH_3流量的增加,化合物层厚度增大但致密性降低;随着CO流量的增加,化合物层致密性逐渐增大,但渗层厚度先增大后减小。氮碳共渗过程中C的加入可抑制γ'相的形成而促进ε相的产生,过量的C会形成θ相,但是C的渗入对渗层腐蚀性能影响较小。NH_3和CO对氮碳共渗过程中的协同作用表现为,当NH_3流量增加时,可相应增加CO流量来获得较厚、致密、耐腐蚀的化合物层。     

用维氏硬度法测渗碳、碳氮共渗渗层深度的几点说明

HB5493—《航空钢制件渗碳、碳氮共渗渗层深度测定方法》已经颁布实施。HB5493是HB5023—《钢的渗碳、碳氮共渗、氮化层深度测定方法》中《钢的渗碳、碳氮共渗渗层深度测定方法》部分的修订版。内容上除保留原标准中高倍组织测定法、低倍组织测定法及断口测定法外,增加了用维氏硬度法测渗层深度,并且是推荐     

挤压铸造短纤维增强金属基复合材料浸渗过程分析

在分析挤压铸造金属基复合材料浸渗条件的基础上，建立了液态金属在短纤维预制件中的浸渗和压力分布模型，计算结果表明：（１）当外加压力不足以使短纤维预制件产生变形之前，其浸渗距离和浸渍前端的压力分别为：Ｘｆ＝１－Ｆ／１－Ｖ＇ｆ∫＾ｔ０ｕｄｔ和Ｐｓ＝μｕ／Ｋ＇０·１－Ｆ／１－Ｖ＇ｆ∫＾ｔ０ｕｄｔ－４Ｖｆ０γｃｏｓθ／ｄｆ（１－Ｖｆ１０）（２）当外加压力使短纤维预制件产生变形之后，其浸渗距离和浸渗前端的压力     

离子碳氮共渗技术的研究与应用

离子碳氮共渗具有渗速快,渗层及表面质量好,变形小及节能的优点。850—870℃离子碳氮共渗后直接淬火,更适合于精密零件的热处理。实践证明这是具有推广价值的新工艺。     

关于Wiener过程增量的注

本文讨论Ｗｉｅｎｅｒ过程增量的下极限结果找到正则因子ｄ（Ｔ,ｔ）,使得ｓｕｐａＴ≤ｔ≤Ｔｓｕｐｔ≤ｓ≤Ｔｄ（Ｔ,ｔ）｜ｗ（ｓ）－ｗ（ｓ－ｔ）｜与ｓｕｐｓＴ≤ｔ≤Ｔｓｕｐｔ≤ｓ≤Ｔｓｕｐ０≤ｂ≤ｔｄ（Ｔ,ｔ）｜ｗ（ｓ）－ｗ（ｓ－ｈ）｜的下极限１。     

DC53钢的离子氮碳共渗工艺及稀土催渗研究

为了探究DC53钢的优化氮碳共渗工艺,对DC53钢在530℃不同共渗时间、NH3/CO2不同气氛比值、不同炉内气压情况下的离子氮碳共渗效果进行了研究.运用OM、XRD、SEM、EDS、显微硬度、摩擦磨损实验,对材料的显微组织、显微硬度和耐磨性进行了分析.研究表明:对于冷作模具钢DC53,10 h、NH3/CO2为15∶1、炉内气压为800～1000 Pa时,氮碳共渗效果最好;随着稀土镧(La)的加入,渗层变厚且渗层与基体更致密,表层到心部的硬度梯度更小,氮碳共渗效果更佳.     

气体氮碳共渗工件质量的检验及其控制

气体氮碳共渗是提高金属材料表面耐磨性、耐蚀性、抗疲劳等性能有效的化学热处理,在机械制造业中广泛应用。本文以金相分析为手段,在仔细探索其规律的同时,对其质量检验与质量控制提出了独到的见解,对生产实践具一定的指导作用。     

氮对纳米硅氮薄膜品化的影响

在电容式耦合等离子体化学气相沉积系统中，用高氢稀释硅烷和氮气为反应气氛制备纳米硅氮（ｎｃ－ＳｉＮｘ：Ｈ）薄膜结果表明：当Ｎ＿２／ＳｉＨ＿４气体流量比（Ｘｎ）从１增加为４时，薄膜的晶态年从５８％降至１４％，晶粒尺寸从１０ｎｍ降至５ｕｍ，Ｎ／Ｓｉ含量比从０．０３增至０．１２．当Ｘｎ≥５，则生成非晶硅氮（ａ－ＳｉＮｘ：Ｈ）薄膜．当Ｘｎ从１增加为１０时，薄膜暗电导率从１０￣（－５）（Ωｃｍ）￣（－１）降至１０￣（－１１）（Ωｃｍ）￣（－１），具有逾渗行为，这与薄膜的晶态率紧密相关．     

氮在离子氮碳共渗中的作用

研究了在离子氮碳共渗过程中氮对化合物层厚度的影响,同时对化合物层的微观组织结构和显微硬度进行了分析.结果表明:在离子氮碳共渗过程中,气氛中低氮势不利于ε相的生成,且渗层的显微硬度较低;高氮势有利于ε相的生成,同时提高了渗层的显微硬度;当氮势超过60%后对化合物层厚度影响不大.