预氧化对40CrNiMo钢离子渗氮渗速及组织的影响

利用光学显微镜、显微硬度计、XRD和SEM对40CrNiMo钢试样经不同预氧化工艺氧化后再进行离子渗氮的渗速和渗层组织进行研究,发现预氧化温度和时间与渗速存在抛物线关系;氧化工艺为300℃×1 h时,催渗效果最好,渗速提高了约20%;同时白亮层不均匀性得到明显改善,脉状氮化物由Ⅱ～Ⅲ级改善为Ⅰ级。如果提高氧化温度或延长时间,将出现渗速降低、渗层表面硬度下降等不良现象;当预氧化温度升高到400℃、氧化时间为1 h以上,反而会出现严重阻碍渗氮的现象。     

0Cr18Ni9Ti不锈钢表面渗锆改性层的低温预氧化行为

对不锈钢基材、经渗锆处理及渗碳处理后的试样,在620 ℃静态空气中低温预氧化6 h的氧化行为进行研究。结果表明：预氧化后,不锈钢基材表面主要形成FeCr_0.29Ni_0.16C_0.06、Fe_0.64Ni_0.36、Fe₂O₃,出现较多深而宽的裂纹;渗Zr试样低温预氧化后表面主要为Fe₂O₃、ZrO₂,试样表面致密、没有出现大的裂纹;渗Zr+渗C试样,低温预氧化后表面生成物主要为ZrO₂,较渗Zr后更为致密,表面光滑且无孔洞与裂纹,基体与改性层结合牢固,抗高温氧化性能大为改善,试样表面的硬度约为2580 HV0.05,且由表及里试样硬度值呈梯度降低平缓。     

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。     

渗氮层对GH901合金在700℃下氧化行为的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等研究了GH901合金未渗氮试样和渗氮试样在700℃空气中的氧化行为。结果表明：未渗氮试样氧化动力学曲线遵循抛物线规律，渗氮试样符合直线规律。未渗氮试样基体表面由单一的Cr₂O₃和(Cr_0.88Ti_0.12)₂O₃氧化层组成，氧化层表面有少量TiO₂生成，氧化过程由氧向内扩散和Cr、Ti向外扩散控制。渗氮试样由于渗氮层CrN、TiN相的出现使得合金氧化机理发生转变，氧化速率显著增加，表面氧化层呈现3层结构：Fe₂O₃外层、NiFe₂O₄内层、Ti-Cr混合氧化物组成的内氧化区，氧化过程由氧向内扩散和Fe、Ni向外扩散控制。     

QPQ技术中渗氮时间对合金铸铁组织及摩擦性能的影响

采用OM、SEM、硬度测试、摩擦磨损试验等方法研究了QPQ技术中渗氮时间对合金铸铁组织与摩擦性能的影响。结果表明,QPQ处理后,合金铸铁表面形成的渗层物相主要由Fe_2-3N、Fe₂O₃和FeO组成。渗层厚度的平方与渗氮时间存在线性关系,在580 ℃渗氮盐浴条件下,氮元素在合金铸铁中的扩散激活能为70.07 kJ/mol。在90~150 min渗氮时间内,随着渗氮时间延长,渗层的表面硬度值由522 HV0.05降低至441 HV0.05,当渗氮时间延长至180 min,表面硬度值回升至455 HV0.05。与未处理试样相比,QPQ处理的试样具有更小的摩擦因数,并且QPQ处理后试样表面的犁沟显著变浅,表面的金属剥落也得到明显改善,且随着渗氮时间的增加,渗层厚度增加且稳定材料。经180 min渗氮处理的QPQ试样具有最优综合性能,表面硬度值为455 HV0.05,摩擦因数为0.32。     

TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺优化

以渗层厚度和表面硬度为评定依据,采用正交试验对TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺进行优化。结果表明,渗硼温度对渗硼层影响最大,其次为渗硼时间、B₄C含量和La₂O₃含量。最优的催渗渗硼工艺为：渗硼温度1050 ℃,渗硼时间20 h,渗硼剂配比20wt%B₄C+4wt%La₂O₃+76wt%SiC。渗层表面由TiB、Ti₂B₅、TiC和Ti组成;与未添加氧化镧渗硼层相比,添加氧化镧渗硼层厚度与表面硬度明显提高,耐磨性也得到显著改善。     

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。     

大型轧机拉杆离子氮碳共渗+后氧化复合工艺

针对东南亚沿海地区使用的大型轧钢机拉杆(材料为42CrMo钢)易发生腐蚀磨损的问题,采用单热源脉冲离子渗氮炉对拉杆进行氮碳共渗+后氧化复合处理。通过对模拟试样的预氧化工艺、氮碳共渗工艺及后氧化工艺的研究,得到了满足产品要求的复合处理工艺：350℃×2 h预氧化;550℃×24 h氮碳共渗(炉压为260 Pa, NH₃∶CO₂=20∶1)和520℃×2 h氮氧共渗(炉压为300 Pa, NH₃∶O₂=6∶1),共渗完毕,关闭电源,同时以0.5 L/min向炉内通入空气,直至炉温降到300℃,打开炉盖,待试样冷至150℃左右,迅速在试样表面均匀涂上防锈油。在此复合工艺下,渗层深度达到0.39～0.41 mm,化合物层达到10～12μm,与同工艺无预氧化试样渗层及化合物层厚度相比均增加;经盐雾试验检测,试样在70 h后出现腐蚀斑,和只经氮碳共渗处理无后氧化处理相比,耐蚀性提高。     

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。     

预氧化对离子渗氮的影响

通过直接向离子渗氮炉通入空气的方法,首次研究预氧化对42Cr Mo钢离子渗氮的作用。采用金相显微镜、显微硬度计、XRD研究了渗氮层厚度和渗氮层物相。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。     

离子渗氮温度对Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢渗层组织和性能的影响

采用离子渗氮工艺对一种Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢进行表面改性处理。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子探针显微分析仪(EPMA)和维氏硬度计对不同离子渗氮温度下渗层的组织和性能进行了研究。结果表明,Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢经430~520 ℃离子渗氮处理10 h后,试样表面均形成一层厚度均匀的渗氮层,表面硬度显著增大。随着离子渗氮温度的升高,渗层厚度增大,520 ℃渗氮时渗层厚度达到78 μm。当渗氮温度为430 ℃时,渗层表面主要由γ_N+CrN+γ′-Fe₄N相组成;当渗氮温度升高至520 ℃时,渗层表面主要由γ′-Fe₄N+CrN+ε-Fe_2-3N相组成。在3种渗氮温度下,渗层中均有CrN析出,导致渗层耐蚀性低于基体组织。     

时效硬化钢渗氮的尺寸变化

研究了时效硬化钢渗氮尺寸变化特点,并与调质钢进行了对比。结果表明,时效硬化钢渗氮尺寸变化稍大于调质钢,这与时效硬化钢渗氮硬化和基体时效硬化的叠加效应有关。合理地利用这种叠加效应,在渗氮前进行预时效,可实现渗氮层强化的同时实现对渗氮件尺寸变化的控制。20CrNi3Mn2Al时效硬化钢齿轮试样固溶处理后经630~650 ℃×4 h预时效+520 ℃×40 h离子渗氮,渗氮径向尺寸增量0.056 mm,变形率为0.03%,与42CrMo调质钢渗氮径向尺寸增量0.043 mm,变形率0.02%相近。     

渗氮温度对40Cr钢QPQ组织与性能的影响

采用光学显微镜(OM)对不同渗氮温度QPQ处理的40Cr钢表面渗氮层显微组织进行观察分析,同时进行维氏硬度试验与销盘摩擦磨损试验,获得渗氮层硬度梯度与磨损失重,并观察分析了磨损表面SEM形貌。结果表明,经不同渗氮温度的QPQ处理后,40Cr钢表面均形成了由氧化膜层、化合物层与扩散层构成的表面渗氮层。但随渗氮温度的升高,其渗氮层厚度呈先增加后减小的变化趋势,4种渗氮温度(580、600、620、640 ℃)下样品有效渗层深度分别为0.14、0.20、0.29、0.26 mm。随渗氮温度的升高,磨损量呈先减小后增大的趋势,在620 ℃下达到最低值。4种渗氮温度下磨损形式均以磨粒磨损与粘着磨损为主,但随着渗氮温度升高带来渗氮层厚度与硬度的变化,磨损程度呈现逐渐减轻的趋势。     

固体渗氮C422钢的显微结构及其缺口敏感性

目的 针对固体渗氮C422(22Cr12NiMoWV)钢,开展渗氮层显微组织结构及其缺口敏感性的研究,为C422汽轮机阀杆服役可靠性评价提供技术支持.方法 采用固体渗氮剂对C422钢表面进行渗氮,通过渗氮层的成分与物相检测、显微组织结构观察、力学性能测试及断口形貌分析,揭示不同温度及时间条件下C422钢渗氮层的显微组织...     

Wear Properties of Plasma Nitrided H13 Steel at Room and Elevated Temperature

H13 steel was nitrided using a plasma surface alloying technique at the temperature of 570℃.The nitrided layers with different thicknesses and components were obtained by changing nitriding pressure.The microstructure and composition of the nitrided layers were evaluated by optical microscopy(OM)and X-ray diffraction(XRD).The wear properties of the nitrided layer against Al2O3 ball at room temperature using a ball-on-disc tribometer and against Si3N4 ball at elevated temperature using a HT-2001 abrasive wear test machine were investigated.The results show that the nitrided layers are composed of compound layer and diffusion layer at the pressure of 100 and 450 Pa.No obvious compound layer appears at pressure of 200 and 300 Pa.XRD analysis shows the nitrided layers are mainly composed ofε-Fe2-3N,γ’-Fe4N,α-Fe,Fe2O3 and Fe3O4 phases.The surface hardness of plasma nitrided H13 steel is about 1100HV0.050 doubled that of substrate.The room temperature friction coefficient of H13 steel is reduced and wear rate is decreased by nitriding at 200 and 300 Pa.Elevated temperature wear test indicates the nitrided H13 steel at the pressure of 100 Pa shows lower friction coefficient and wear rate which are reduced more than 6 times compared with that of H13 substrate.     

中温时效对17-4PH不锈钢液体氮化后组织性能的影响

目的研究低温盐浴氮化17-4PH不锈钢经中温时效处理后氮化层组织性能的变化情况。方法采用光学显微镜(OM)分析氮化层的厚度和显微组织,利用X射线衍射仪(XRD)检测渗氮层的相组成,利用显微硬度计测定渗层的硬度,利用冲刷腐蚀实验评价渗层的耐腐蚀性能。结果 17-4PH不锈钢氮化后在425~475℃时效保温处理,其渗层厚度随时效时间的延长而增加。时效处理使渗层中N原子的浓度发生改变,过饱和扩展奥氏体发生分解,析出与其结构同为面心立方结构的Fe4N、Fe2N和Cr N。时效温度的升高能加速扩展奥氏体的分解,促进Cr N析出及氧化物的生成。经过渗氮时效后,渗层深度可达27.4μm。根据热力学公式计算出N原子在时效过程中的扩散激活能为216.2 k J/mol,表面显微硬度在初期显著升高,达到了近1150HV0.1,随后逐渐降低。在475℃、50 d的时效条件下,冲刷腐蚀中的失重率达到最大值30.3 mg/(h·dm~2)。结论不锈钢氮化后在一定的温度和时间内时效处理会达到最大表面硬度,在随后的保温过程中硬度开始下降。时效处理后17-4PH不锈钢的耐冲刷腐蚀性能下降。     

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。     

PH13-8Mo钢的离子渗氮工艺

对PH13-8Mo钢离子渗氮工艺参数进行了研究,其中包括渗氮温度、渗氮时间及渗氮件表面粗糙度。结果表明:随渗氮温度的升高、渗氮时间的延长、零件表面粗糙度的降低,PH13-8Mo钢渗氮层厚度增加;渗氮零件表面粗糙度对渗氮层脆性等级影响较大,渗氮零件表面粗糙度为6.3 μm时,其脆性等级达到III级;渗氮时间、渗氮温度及零件表面粗糙度对渗氮层硬度影响甚微。渗氮温度540 ℃,渗氮时间22 h,零件表面粗糙度0.8 μm时,PH13-8Mo钢可获得良好的渗氮层,渗氮层厚度可达197.5 μm,渗氮层硬度可达1083 HV0.2,脆性等级为II级。     

Numerical Prediction of Compound Layer Growth of Steel En40B during Plasma Nitriding

PLASMA NITRIDING has developed rapidly over thepast a few years to improve surface properties such aswear,fatigue and corrosion resistance[1'2].Thecombined diffusion/precipitation/compound layerformation reactions make it rather difficult to model thenitriding process.Several attempts have been made byothers.The internal nitridation model is suitable fordescribing the nitriding processing of the matrixwithout carbon,in which there are no formation ofcarbides in surface layer I3).Sun and …