离子渗氮工艺参数对4Cr5MoSiV钢表层组织与性能的影响

目的 研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法 对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540 ℃,保温时间分别为5、10、15、20 h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度;利用X射线衍射仪分析渗层物相组成;利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨性;通过扫描电镜观察表面磨痕区域。结果 离子渗氮渗层表面的物相主要为γ''-Fe4N相和ε-Fe2~3N相。在实验范围内,随着温度的升高或时间的增加,材料渗层深度、表面硬度增加,磨损率减少,但当温度过高或时间过长时,表面硬度下降,磨损率增加。在480 ℃的条件下进行20 h离子渗氮的材料,表面具有最好的摩擦学性能,表面硬度为1147 HV0.2,磨损率为2.13×10-5 mm3/(N?m),渗氮层深0.24 mm,化合物层深14.05 μm,摩擦系数为0.45,磨损状态为磨粒磨损。结论 离子渗氮是适合于变截面弹簧的表面强化方式,可以在材料表面形成具有一定厚度、均匀分布的渗氮层组织,显著提升表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数。     

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.     

QPQ氮化时间对316L不锈钢组织和性能的影响

对316L不锈钢进行了QPQ(Quench-Polish-Quench)处理,研究了600℃渗氮温度下保温(60、90、120、150和180min)后渗层的组织和性能。利用光学显微镜、SEM、XRD、显微维氏硬度计和摩擦磨损机分析材料渗层的显微组织、物相、硬度和耐磨性。结果表明,316L不锈钢经QPQ处理后,渗层表面氧化层由Fe3O4组成,中间化合物层的物相主要包括Fe2~3N、Fe4N、Cr N和α-N相,靠近基体的扩散层主要由Cr N和γN相组成。随着渗氮时间延长,化合物层厚度从60 min的16.54μm增加到180 min的34.94μm,化合物层厚度与渗氮时间呈抛物线关系。与未处理试样相比,QPQ处理试样硬度值提高了4~6倍。干摩擦磨损测试表明,未处理试样表面发生粘着磨损,磨损量和磨损率较大;渗氮后150 min试样耐磨性最好。     

00Cr12Ni9Mo4Cu2Ti马氏体时效不锈钢离子渗氮组织和性能

对00Cr12Ni9Mo4Cu2Ti马氏体时效不锈钢进行了离子渗氮处理,研究了不同渗氮条件下所形成的渗氮层的相结构与性能。结果表明:经离子渗氮后的00Cr12Ni9Mo4Cu2Ti马氏体时效不锈钢的表面硬度、耐磨性都有明显的提高,表面硬度最高达到了1350HV0.05。当样品在400℃渗氮时,表层新相主要由α相组成;当渗氮温度上升至500℃时,表层新相主要由αN相、γ′-Fe4N相、ε相组成,并有大量的CrN相形成;当渗氮温度高于600℃时,ε相、CrN的含量继续增加,γ′-Fe4N相逐渐减少,αN相几乎完全分解。伴随着CrN相的生成,样品的耐磨性得到了提高,表面耐腐蚀性能有一定下降。实验还观察到该马氏体时效不锈钢渗氮层中有微裂纹产生,裂纹的形成与样品的残余内应力和氮化物相生成有关。     

2Cr13不锈钢活性屏等离子体源渗氮层组织与耐蚀性能

目的 探讨活性屏等离子体源渗氮技术提高马氏体不锈钢硬度与耐蚀性能的可行性。方法 将2Cr13马氏体不锈钢进行350～550℃、6 h活性屏等离子体源渗氮处理,采用光学显微镜（OM）、电子探针显微分析仪（EPMA）和X射线衍射仪（XRD）分析渗氮层的组织、成分和相结构,使用显微硬度计测试渗氮层的显微硬度,利用电化学腐蚀试验解析评估渗氮层的耐蚀性能。结果 经活性屏等离子体源渗氮处理后,可在马氏体不锈钢表面形成厚度为2～45μm,N原子分数为20%～25%的渗氮层,其表面显微硬度达1050～1350HV0.25,是基体硬度的4～5倍。350℃时,渗氮层以ε-Fe_2-3N相为主,且含有少量αN相;450℃时,渗氮层由αN、ε-Fe_2-3N和γ’-Fe₄N相构成;渗氮温度升至550℃时,渗氮层由α-Fe、CrN和γ’-Fe4N相构成,αN、ε-Fe2-3N相消失。350、450℃时,渗氮层在3.5%NaCl溶液中的阳极极化曲线出现明显钝化区,而未渗氮的2Cr13不锈钢并未发现钝化区,自腐蚀电位E_corr由未渗...     

1Cr11Ni2W2MoV钢的离子渗氮

利用脉冲直流辉光等离子技术,对1Cr11Ni2W2MoV马氏体热强不锈钢进行不同工艺参数的离子渗氮。利用光学显微镜、显微硬度计、XRD对渗氮层的显微组织及硬度进行了分析。结果表明,在所选用的离子渗氮工艺参数下,1Cr11Ni2W2MoV钢渗层只由扩散层组成,渗氮温度≤560℃时,渗层主要由固溶N原子的α相组成,并伴有少量的γ'-Fe4N和CrN析出;随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长,固溶N原子的α相逐渐转变成γ'-Fe4N相,当处理温度达到590℃时,渗层主要由γ'-Fe4N和Cr N组成。离子渗氮后渗层的表面硬度较未渗氮前有显著的提高,在一定范围内,渗层的表面硬度和渗层深度都随着渗氮温度和渗氮时间的增加而增加,渗层硬度梯度分布也随着渗氮时间的延长变得平缓。     

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的真空固溶渗氮处理

为了提高表面硬度和耐磨性,对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行真空固溶渗氮处理。采用金相显微镜,X射线衍射仪、显微硬度计和耐磨试验机分析了渗氮层的组织与性能。结果表明,1Cr18Ni9Ti不锈钢经1 050℃真空固溶渗氮8 h后,获得了由γ′-Fe4N、CrN及含氮奥氏体组成的渗氮层;渗氮层组织致密,表面硬度为900~950 HV,有效渗层深度200μm以上;合金耐磨性得到改善,磨损失重仅为基体合金的1/26。     

SKD11钢的气体热渗铬工艺和性能

采用热反应扩散沉积法(TRD)对有无预渗氮处理的SKD11钢试样分别以950、900、850、800和750℃进行气体热渗铬。利用SEM和EDS测量铬原子扩散深度;根据经典动力学理论计算活化能及扩散系数;利用XRD分析相结构;再进行维氏硬度测量和耐磨实验。结果表明,经渗氮前处理的渗铬试样在各温度下铬原子扩散深度比未经渗氮均有增加,有预渗氮渗铬层最深达到20μm,未经渗氮渗铬层只有13μm,其活化能分别为106.09和147.47 k J/mol,表面硬度分别为1610及1760 HV。在各实验温度下,经渗氮预处理渗铬试样的耐磨性均比未经渗氮试样好,渗铬温度高于850℃耐磨性优于基材,低于850℃硬度虽然高于基材,但耐磨性不及基材。在较高温度(950和900℃)渗铬时,有渗氮预处理试样的渗铬层结构为Cr2C和Cr2N相,无渗氮预处理为Cr2C相;在较低温度(800和750℃)渗铬时,有渗氮预处理试样的渗铬层结构为Cr7C3和Cr N相,无渗氮预处理为Cr7C3相。     

固溶渗氮对Cr18Mn21Mo2.5钢组织及性能的影响

目的 提高Cr18Mn21Mo2.5钢的耐蚀性和耐磨性。方法 使用中频感应炉炼制9种正交设计固溶渗氮用钢,通过正交试验的极差分析得出渗氮效率最高的实验用钢（Cr18Mn21Mo2.5钢）,采用高纯氮气在常压下对其进行固溶渗氮处理,同时对渗层的耐蚀性和耐磨性进行测试及机理分析。利用光学显微镜和XRD研究了Cr18Mn21Mo2.5钢及其渗氮层的显微组织及相组成,采用显微硬度测试仪对固溶渗氮后Cr18Mn21Mo2.5钢的硬度分布进行表征,采用电化学工作站及高速载流试验机进行耐蚀性及耐磨性研究。结果 在优化成分后炼制的Cr18Mn21Mo2.5钢具有良好的强度及韧性,对其在1200 ℃下固溶渗氮24 h可以制备出厚度高达1.4 mm的单一奥氏体渗层。渗氮后腐蚀电位提高,腐蚀电流降低。相比于未渗氮试样,渗氮（1200 ℃,24 h）后试样的阻抗弧半径由2500 Ω增大到8000 Ω,摩擦系数由0.33降低到0.28,磨损量从15.5 mg降低到8.7 mg。渗氮后Cr18Mn21Mo2.5钢的耐蚀性及耐磨性明显提高。结论 固溶渗氮后,N固溶到奥氏体晶格间隙中,固溶态的N促进钝化膜再构,同时N的固溶强化使材料表面硬度提高,渗氮层N含量的提高和渗层厚度的增加均有利于提高耐蚀性和耐磨性。     

离子渗氮马氏体不锈钢的微观组织与腐蚀行为

采用扫描电镜、X射线衍射(XRD)、极化曲线和显微硬度等方法研究表面离子渗氮X12Cr13马氏体不锈钢的渗氮层成分、显微组织结构、硬度以及腐蚀性能。结果表明:离子渗氮马氏体不锈钢表面形成了70μm的渗氮层,渗氮层由化合物层和扩散层组成,化合物层的组成相主要为γ-Fe N和ε-Fe N。离子渗氮不锈钢经过72 h纯水浸泡后表面发生点蚀。基体内部向表层的扩散降低了钢中的固溶铬含量以及渗氮层形成的孔隙和裂纹共同降低马氏体不锈钢的耐腐蚀性。     

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.     

盐浴渗氮处理对FeCrMnNiAl0.2Ti0.1高熵合金组织及性能的影响

采用盐浴渗氮的化学热处理方法对FeCrMnNiAl_0.2Ti_0.1高熵合金进行表面强化,主要工艺为预热+盐浴渗氮+氧化,研究渗氮温度对渗层和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪研究不同渗氮温度下高熵合金的组织结构和物相,利用显微硬度计和W-2000摩擦磨损试验机分别测量硬度和耐磨性。结果表明,经过盐浴渗氮后,高熵合金表面形成含氮化物和氧化物的复合渗层,渗氮层深度最高为27.1 μm,硬度最高可达1080.0 HV0.2。盐浴渗氮可以有效提高高熵合金的耐磨性,改善摩擦学行为,640 ℃渗氮试样的磨损率仅为0.025 mm³/(N·m),与铸态相比降低了约76.7%。     

1Cr11MoNiW1VNbN钢气体渗氮方法研究

研究了一种对1Cr11Mo Ni W1VNb N钢进行气体渗氮的工艺方法,采用较高温度在奥氏体区渗氮,通过多次试验摸索出一种较好的工艺方法,并用显微镜、硬度计等对渗氮后试样的渗层深度、裂纹情况、表面硬度、阶梯硬度等进行了测试分析。结果表明:采用温度(625±5)℃渗氮、(640±5)℃退氮的三段渗氮方法,可以满足1Cr11Mo Ni W1VNb N钢渗层深度≥0.25 mm、表面维氏硬度739~840 HV的技术要求。     

渗氮温度对38CrMoAl钢真空感应渗氮层耐磨性能的影响

应用一种新型真空感应渗氮方法对38CrMoAl钢表面制备渗氮层,采用SEM、EDS、自动显微硬度测试、滑动干摩擦试验等测试方法探讨了渗氮温度对38CrMoAl钢渗氮层组织、硬度和耐磨性的影响规律。结果表明:渗氮层表面平整,白亮层、扩散层、基体之间过渡平缓;随着渗氮温度升高,扩散层厚度、渗层硬度、耐磨性均呈现先增加后降低趋势;渗氮温度为560℃时,渗层厚度达到最高值180μm,渗层硬度达到最高值1250 HV0.025;渗氮温度560℃、590℃时的渗层试样在摩擦试验过程中仅有轻微的磨粒磨损,耐磨性能最佳。     

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。     

离子渗氮化合物层物相调控对耐磨性的影响

目的探索化合物层物相与耐磨性的关系,并实现其有效调控,从而满足不同零部件的服役性能要求。方法选用常用渗氮钢38Cr Mo Al进行不同氮气比(15%、20%、25%)离子渗氮研究,渗氮温度为510℃,保温4 h。采用光学显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对渗氮后的显微组织、物相组成、截面硬度、耐磨性进行了测试和分析。结果在相同的渗氮温度下,调节氮气比可获得不同物相组成的化合物层。在渗氮温度510℃下,氮气比为20%时满足形成γ'相的临界氮势,从而得到γ'单相化合物层。氮气比达到25%时,满足形成ε相的临界氮势,渗氮层中γ'相形成,并动态转变成ε相,使ε相逐渐增多,形成ε+γ双相化合物层。结论 38CrMoAl经不同氮气比离子渗氮后形成了ε+γ'双相化合物层,在较小磨损载荷(200 g)下,具有更优的耐磨性。但在较大磨损载荷(400 g)下,氮气比20%获得的γ'单相化合物层试样磨痕较窄,摩擦系数较小,即在较大磨损载荷下,γ'单相化合物层比ε+γ'双相化合物层表现出更加优异的耐磨性能。该研究可为不同磨损服役条件的零部件离子渗氮工艺设计提供参考。     

20CrMnTi钢快速感应渗氮强化

采用真空感应渗氮方法在20Cr Mn Ti钢表面制备渗氮层,利用X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计和摩擦磨损试验机等分析了渗氮层的物相、组织结构、致密性、显微硬度梯度和耐磨性。结果表明:真空脉冲感应渗氮1 h就能够制备出较为致密的渗氮层,其硬度超过800 HV0.025,扩散层深度达到300μm;渗氮层主要由合金氮化物(Mn_4N,Cr_2N)和铁氮化合物(Fe_(4.4)N,Fe_3N,Fe_2N)组成,随着渗氮压力的增加,渗氮层由含氮量低的铁氮化合物逐渐转变为高氮的铁氮化合物;感应渗氮的气体压力对渗氮层的厚度影响不大,随着渗氮气体压力的增加,渗氮层的厚度有小幅度的增加,但是当渗氮气体压力过大时,渗氮层的脆性增大;当渗氮气体压力为-30 k Pa时,渗氮层的磨损率最低,大大提高了基体的耐磨性。     

低温离子氮碳共渗温度对AerMet100钢摩擦学性能的影响

研究了不同温度对AerMet100钢渗氮层和氮碳共渗层的显微组织、表面硬度、渗层截面硬度梯度以及耐磨性的影响,并考察了渗层的磨损机理。结果表明,氮碳共渗层相较于渗氮层表面生成的化合物更加细小,表面更加平整光滑;离子渗氮、离子氮碳共渗处理都可显著提高AerMet100钢的表面硬度;随着温度的增加,共渗层厚度也明显增加;氮碳共渗层比渗氮层具有更低的摩擦因数,在共渗温度为480 ℃时氮碳共渗试样具有最低摩擦因数和磨损率,表现出最佳的耐磨性。渗氮层的磨损机理为氧化磨损和表面疲劳磨损,氮碳共渗层的磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损以及表面疲劳磨损。     

直流电场对42CrMo钢盐浴渗氮催渗与改性作用

以42CrMo钢为材料,对比研究了传统和直流电场催渗盐浴渗氮技术。利用光学显微镜、显微硬度计和X射线衍射仪对渗层的显微组织、渗层厚度、硬度及物相进行了测试和分析。研究结果表明:直流电场可以显著提高盐浴渗氮速度,降低渗氮温度或缩短渗氮时间;在外加电压7.5 V直流电场条件下,保温时间为80 min时,处理温度530℃获得的化合物层厚度与同样时间常规盐浴渗氮560℃时获得的层深相近,约为6.7μm,处理温度为560℃时化合物层厚度提高到12.1μm。虽然直流电场不改变42CrMo钢盐浴渗氮层的主要物相,均由ε-Fe_3N相、γ'-Fe_4N相和Cr N相构成,但直流电场盐浴渗氮后渗层中硬度较高的γ'-Fe_4N相的相对含量更高。因此,直流电场盐浴渗氮处理后的42CrMo钢的截面显微硬度大幅度的提高,经过575℃×80 min,7.5 V盐浴渗氮后的试样截面显微硬度达到1100 HV0.01,是基体硬度的3倍。同时,施加电场盐浴渗氮使42CrMo钢耐蚀性比常规盐浴渗氮进一步提高。     

低温离子硬化处理对AISI 420不锈钢组织与性能的影响

研究了低温离子渗氮、离子氮碳共渗和离子渗碳硬化处理对AISI 420马氏体不锈钢的显微组织、表面硬度、耐蚀性、耐磨性的影响。结果表明,离子渗氮、氮碳共渗和离子渗碳处理都可提高马氏体不锈钢的表面硬度;经不同工艺处理后的试样,除500 ℃×4 h渗氮工艺外,其他不锈钢试样表面的耐蚀性均未出现明显降低,当渗氮温度过高（500 ℃）时,由于CrN的析出使得渗氮层的耐蚀性显著下降;磨损试验的结果表明,离子渗碳处理后硬化层的耐磨性最佳。