高温渗氮

渗氮温度通常为500～580℃(低温渗氮)。近年来,珠光体、铁素体-马氏体、铁素体和奥氏体钢、镍与耐熔金属(Ti、Mo、Nb、V、Cr等的合金的高温(600～1200℃)渗氮得到了日益广泛的应用,渗氮介质为氨、氨+含碳气体(吸热性气体)及纯氮。结构钢和工具钢的高温渗氮在600℃以上(也即在Fe-N系的共析     

渗氮技术的现状

渗氮是在一定的温度下加热,氮(氮和碳)在钢的表面扩散饱和的化学热处理过程。它一般在500～600℃(低温氮化)范围内进行。珠光体、铁素体和奥氏体钢以及铸铁都可以进行氮化。近年来,铁素体钢、奥氏体和难熔金属(Ti.Mo.Nb.V等)较广泛地采用高温氮化。     

渗氮工艺基本原理、特点及优缺点

正渗氮工艺为向钢件表面渗入活性氮原子形成富氮硬化层的化学热处理工艺,分为液体渗氮、气体渗氮和离子渗氮,按用途可分为强化渗氮和抗蚀渗氮。原理:在400℃以上,氨分子在钢表面分解出活性氮原子(2NH_3=3H_2+2[N]),氮原子被钢表面吸收,溶入固溶体,与铁和合金元素形成化合物,氮原子并向心部扩散,形成一定厚度的渗氮层。     

25Cr5MoA渗氮钢的高温力学性能

为使25Cr5MoA钢适用于齿轮、轴承、柱塞套等零件的渗氮,防止其在服役过程中出现偶然过热,研究了该钢的高温力学性能和高温下奥氏体组织。结果表明,25Cr5MoA钢的奥氏体化温度为910～950℃;25Cr5MoA钢的工作温度在室温～600℃之间时,其抗拉强度(Rm)在757～650 MPa之间,200℃时25Cr5MoA钢的抗拉强度达到最大值1032 MPa,说明该钢在600℃以下有较好的红硬性,但在200～400℃时,伸长率只有4.72%,因此要避免在200～400℃内受到冲击或形变。     

4Cr14Ni14W2Mo钢离子渗氮层剥落的研究

研究了经不同加热温度锻造、固溶和７５０℃时效后钢的晶粒度、孪晶、碳化物的分布及纯氨和氨加氩做介质离子渗氮后渗层组织、相组成、应力状态、氮碳浓度分布、剥落坑形貌。分析表明：纯氨离子渗氮后表面层的碳向里扩散，并出现一峰值：氨加氩渗氮降低了渗层中氮浓度，从而降低了渗层中的应力，这是消除该钢渗氮层剥落的有效途径。     

快速渗氮工艺

缩短渗氮周期和改善渗层脆性是提高渗氮零件质量和降低生产成本的一个重要环节。作者在现有气体渗氮炉上，对40Cr、42CrMo和38CrMoAl钢进行了快速诊氮工艺试验，并获得了成功。试验是在我厂现有的气体诊氮炉中进行。气源为氨气。试验材料的化学成分如表1～3所示。38CrMoAl钢经940℃淬火和650℃回火，处理后硬度为230～260HB．40CrMO钢经860C淬火和620C回火，处理后硬度为220～250HB。40Cr钢经860C淬火和600C回火，处理后硬度为220～250HB。为合理地制定论氛工艺参数，正确地控制渗氛温度和气氛氛势，笔者经过长期的探讨和不断地完…     

在密封箱式炉中的短时气体渗氮

用密封箱式炉进行短时渗氮 ,只通入氨气和氮气 ,炉气中无任何含碳气体 ,可以彻底消除HCN对环境的污染。经 560℃× 3h短时渗氮后 ,在钢的表面形成大约 ( 1 2～ 2 5) μm的化合物层。 2 0Cr钢、2 0CrMnTi、45钢和SCM 41 5钢短时渗氮后的表面硬度及渗层硬度分布都和同一设备中气体氮碳共渗的结果相同 ,除了低碳钢之外 ,用短时渗氮替代氮碳共渗是值得推广的。     

不锈钢低温渗氮和渗碳(续)

奥氏体不锈钢在400℃(750°F)下进行离子渗氮后的渗氮层结构被Ichii命名为S相。关于S相的晶体结构等后来才被研究。对AISI 316钢在低温(450℃、850℃F)和高温(525℃、980℃F)分别渗氮后的光学金相组织示于图1,图中应用的腐蚀剂为     

2Cr13钢440℃等离子体渗氮

对2Cr13钢进行了440℃等离子体渗氮,利用金相显微镜(OM)、分析天平、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计和电化学工作站等仪器,对渗氮层的显微结构、增重、相组成、硬度分布和耐腐蚀性能进行了测试。结果表明:2Cr13钢在440℃氮氢比为1∶3条件下渗氮4 h、8 h和16 h后,渗氮层厚度逐渐增加,最厚为58.9μm;渗氮层质量随时间的增加而增大,增重最高为1.57×10~(-3)g/cm~2;渗氮层显微硬度显著增高,最大为1170.0 HV0.05;渗氮层表面由ε-Fe_3N和γ'-Fe_4N组成;渗氮层表面极化曲线出现钝化区,腐蚀速率显著下降,耐蚀性显著提高。     

真空渗氮

渗氮处理通常指在低于钢的临界点Ac1,基体不发生相变的前提下,将活性氮原子渗入钢的表层,形成氮化物层的化学热处理工艺。氮化物具有高的硬度、热稳定性和弥散度。因而渗氮件能获得高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、抗咬合性、抗回火软化能力以及抗大气和过热蒸汽的腐蚀能力,并降低缺口敏感性。如38CrMoAl钢渗氮后表面硬度可达1100~1200HV(68~72HRC),光滑试样抗疲劳强度提高20%~40%,缺口试样抗疲劳强度提高1~2倍,高硬度可在500℃下长期保持或在600℃短期保持。当前渗氮新工艺和新设备不断涌现,离子渗氮、真空渗氮、催化渗氮以及复合渗氮等已应用生产。     

40Cr钢离子渗氮层ε相转变机理研究

借助X射线分析方法，研究了40Cr钢经不同时间渗氮处理后渗氮层ε相的形成以及经不同氨流量和温度渗氮后的改变 。结果表明，在渗氮温度和氨流量相同的条件下，渗氮层深度和ε相体积分数随氮时间的延长而增加，在一定时间后，渗氮层深度增加缓慢，相组成几乎不再随渗氮时间变化。调整渗氮温度和氨流量，通过渗氨温度和气氛氮势的变化，可有效地控制渗氮层形成和转变，以加快离子渗氮速度。     

预氧化对密封罐法制备40Cr钢渗氮层组织和性能的影响

通过光学显微镜、X射线衍射仪、洛氏硬度计、摩擦磨损试验机和电化学工作站研究了预氧化温度对40Cr钢渗氮层的组织、硬度、耐磨和耐蚀性能的影响。40Cr钢渗氮前分别在350、400和450℃进行预氧化30 min,随后采用密封钢罐法对40Cr钢渗氮处理,渗氮工艺为600℃×4 h。结果表明:在400～450℃预氧化30 min具有显著的催渗作用,此时渗氮层厚度较厚,达到100～140μm,渗层组织由ε-Fe_3N和γ'-Fe_4N相组成。此时,40Cr钢渗氮层硬度和耐磨性能明显改善,硬度高达74. 96～76. 80 HRC,摩擦磨损质量损失较小,摩擦因数也较小,在0. 35～0. 65之间波动; 400℃预氧化后渗氮层耐腐蚀性能略有改善; 450℃时自腐蚀电位显著增大,达到-0. 026 V,但自腐蚀电流密度略有增加。     

催渗技术提高渗氮效率

1稀土渗氮强化机制随着工业特别是制造业的发展,渗氮工艺的应用越来越广泛。渗氮与渗碳的区别在于渗碳是钢在奥氏体状态渗入碳原子提高钢件表面碳含量,而渗氮则是钢在铁素体状态(700℃以下)渗入氮原子提     

C422钢气体渗氮及其缺口敏感性

在氨气气氛下对C422 (22Cr12NiMoWV)钢进行两段式气体渗氮,并研究了渗氮层的显微组织结构以及渗氮后C422钢的室温及高温力学性能,评价渗氮对该钢缺口敏感性的影响。结果表明：C422钢的渗氮层具有三层结构：表层为主要由Fe₃N、Fe₄N和CrN构成的化合物层,中间层为致密的α-Fe(N)扩散层,内层为α-Fe(N)相扩散进入钢基体而形成的过渡层。与未渗氮试样相比,随着渗氮时间延长,有无缺口C422钢渗氮试样的室温、高温拉伸强度和伸长率单调下降,屈服强度先增大后减小。渗氮层的断裂模式为解理断裂的脆性断裂。气体渗氮导致C422钢的室温缺口敏感性增大,但对其高温缺口敏感性影响不大。     

1Cr12Ni3MoVN钢渗氮层的组织与性能

研究了调质态1Cr12Ni3MoVN钢在580℃、氨分解率30%～70%条件下,气体渗氮4、8、16和32 h渗氮层的组织结构和性能。利用OM、SEM、EDS和XRD对渗氮层的显微组织、表面相结构、磨痕形貌等进行表征,并对渗氮层的显微硬度及摩擦磨损性能进行测试。结果表明,渗氮层组织致密均匀,包括化合物层、中间扩散层和过渡层,表层主要由ε-Fe_(2-3)N相和γ'-Fe_4N相组成,并含有少量CrN化合物;随渗氮时间延长,渗氮层厚度近似呈抛物线规律增加,但表面硬度降低。经渗氮后钢的耐磨性大幅度提高,表面仅呈现轻度磨损。     

40CrNiMo钢的稀土渗氮工艺研究

40CrNiMo钢渗氮的表面硬度常常要求达到600HV以上,需要在较低的温度下进行,耗时费电,以此来保证所要求的表面硬度,这是一个普遍存在的问题。作者在多年的生产实践中,针对这一共性问题,较为系统地考察了在常规渗氮温度下(520℃),采用稀土渗氮工艺对40CrNiMo钢进行渗氮,提高渗氮表层硬度,寻求40CrNiMo钢的渗氮新工艺。     

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。     

短时预氧化对渗氮工艺过程的影响

众所周知,预氧化对化学热处理工艺过程有影响。那末,短时氧化所得到的薄氧化膜会加速高温时的渗碳和碳氮共渗。在450～550℃长时间(0.5h以上)预氧化对渗氮层形成起了抑制作用。因此,意义在于证实短时预氧化(5～30min)对渗氮层形成之影响。 曾研究了在同一炉里所进行的短时氧化并渗氮后的工业纯铁和40X与38X2MIOA调质合金钢试样。 试样预氧化是渗氮前在直接水蒸汽气氛中于550～620℃温度范围5～10mmin之内完成的。 水蒸汽气氛氧化之后,试样进行渗氮是用25～45％分解率的氨气,且不变动炉温。     

高温氮化

钢的氮化通常是在500—580℃(低温氮化)的温度中进行的。近年来,珠光体钢、铁素体马氏体钢、铁素体与奥氏体钢、镍合金与难熔金属(Ti、Mo、Nb、V、Cr及其他)合金的高温氮化(600—1200℃)应用越来越普遍。氮化是在氨气、含有混合碳气体(吸热式气氛)的氨气及纯氮中实现的。     

40Cr钢空心阴极辅助离子渗氮

利用空心阴极辅助离子渗氮技术,在低压(100～150 Pa)、中低温t(400～550℃)条件下对40Cr钢进行离子渗氮处理.试验结果表明在500℃x6h的条件下离子渗氮,可在40Cr钢表面形成高硬度、化合物层约为2μm、厚度约为200μm的渗层,表层硬度比基体硬度提高两倍.