快速冷却对304奥氏体不锈钢低温气体渗碳强化的影响

利用光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针X射线微区分析仪、显微硬度计和残余应力分析仪研究了不同冷却速度下304奥氏体不锈钢低温气体渗碳后的性能。结果表明:渗碳后各试样表面均形成一层高硬度、高残余压应力的扩张奥氏体层,表面强化效果显著。经不同冷却速度处理后,试样表面的显微形貌、物相组成、碳浓度分布、硬度和残余应力均无明显差异,说明快速冷却对304奥氏体不锈钢低温气体渗碳强化并无影响。     

316L奥氏体不锈钢低温气体渗碳后的表面特性

提出了一种新型的奥氏体不锈钢低温气体渗碳工艺,采用该工艺对316L奥氏体不锈钢进行不同时间的渗碳处理,并对渗碳后不锈钢的表面特性进行了分析和探讨。结果表明,渗碳后试样表面晶格发生膨胀,形成了15~35 μm的扩张奥氏体层,该层具有高残余压应力、高硬度、高含碳量及良好的韧性,且层中无碳化铬析出,说明该工艺兼顾了奥氏体不锈钢的表面强化与抗腐蚀性能;同时,渗碳时间对表面的强化效果影响显著,表面残余应力、硬度及碳含量等随渗碳时间延长均增加。     

低温超饱和气体渗碳对316L奥氏体不锈钢力学性能的影响

采用低温超饱和气体渗碳技术对316L奥氏体不锈钢进行表面强化,测量了渗碳层沿深度方向的碳含量、残余应力及纳米硬度分布。通过单轴拉伸试验,测量了渗碳层表面开裂伸长率,计算了断裂韧性,并采用分离法研究了低温超饱和气体渗碳表面强化层的平均抗拉强度。结果表明,经470℃,30h低温超饱和气体渗碳处理后,奥氏体不锈钢表面形成一层厚度约30μm的表面渗碳强化层,渗碳层表面碳质量分数高达约2.4%,纳米硬度达到12.6 GPa,残余应力达到-2.2 GPa;渗碳层表面断裂韧性约19 MPa·m~(1/2),断裂应变约1.5%;渗碳层平均抗拉强度为1.4 GPa;渗碳层在提高材料整体抗拉强度的同时,降低了屈服强度和伸长率。     

CO浓度对316L不锈钢准平衡气体渗碳的影响

采用准平衡气体渗碳工艺,在不同CO浓度的CO/H2/N2混合气体条件下制备了表面强化层,研究CO浓度对316L奥氏体不锈钢渗碳层的微观结构、碳浓度分布、表面纳米硬度和残余应力的影响。结果表明,准平衡气体渗碳层为单一的扩张奥氏体相;当CO浓度小于30%时,渗碳层厚度、表面纳米硬度和压缩残余应力均随CO浓度的提高而提高,当CO浓度高于35%时,渗碳气体碳活度降低,渗碳表面强化效果降低;经470℃条件下准平衡渗碳20 h后,316L不锈钢渗碳层厚度最高可达30μm,表面碳浓度增加至2.6 mass%,导致表面纳米硬度从3 GPa增加至9 GPa,并产生1300 MPa以上的压缩残余应力。     

AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-气体渗碳工艺优化

目的将低温离子-气体乙炔渗碳应用于AISI 316L奥氏体不锈钢表面硬化处理,同时探讨其硬化处理的最优工艺参数及优化效果。方法采用离子轰击去除不锈钢表面钝化膜并活化其表面,再进行低温气体乙炔渗碳,实验过程使用脉冲式供气循环处理方式。进行温度梯度实验,寻找渗碳处理的临界温度。并采用正交试验法设计3因素3水平共9组实验,分析气体比例、离子轰击时间、保温压强3个因素对渗碳层硬度和厚度产生的影响,以期得到不锈钢低温离子-气体乙炔渗碳优化工艺。通过对经过最优化工艺处理过后的不锈钢硬化层组织、成分、厚度、硬度、耐磨性、耐蚀性能的研究分析,验证此工艺对AISI 316L奥氏体不锈钢硬化处理的适用性。结果处理温度为540℃时渗碳层有碳的铬化物析出;离子轰击时间对渗碳层硬度影响最大,保温压强对硬化层厚度影响最明显。在硬化处理温度为520℃,V(H2)∶V(C2H2)=1∶1,渗碳压强为-0.02 MPa,离子轰击时间为20 min时,316L奥氏体不锈钢离子-气体乙炔渗碳效果最优。经优化工艺处理后不锈钢硬化层厚度达到30μm左右,表面硬度达到838HV0.05,耐蚀性和耐磨性能等都显著提高。结论低温离子-气体乙炔渗碳硬化处理适用于AISI 316L奥氏体不锈钢,其处理最合适温度为520℃。经优化工艺处理后的不锈钢具有较高的硬度、厚度,良好的硬度梯度,高耐蚀性能及高耐磨性能。     

低温气体渗碳对304L奥氏体不锈钢抗氢性能的影响

对304L奥氏体不锈钢进行低温(470℃)气体渗碳,采用光学显微镜(OM),电子探针显微分析仪(EPMA)以及X射线应力分析仪(IXRD)研究了304L奥氏体不锈钢低温气体渗碳强化层的厚度、碳含量及残余应力分布。通过电化学充氢实验,结合X射线相结构分析(XRD),慢应变单轴拉伸试验,扫描电镜(SEM)观察以及氢含量检测等方法分析低温气体表面渗碳对304L不锈钢抗氢脆性能的影响。研究表明:304L不锈钢经30 h低温气体表面渗碳处理后,形成了约22μm的渗碳层,渗碳层中碳含量和残余应力在表面最高,分别为2%(质量分数)及-1.47 GPa,并沿深度方向梯度减小;低温气体表面渗碳大幅度提高304L不锈钢表面的稳定性,在充氢过程中不产生马氏体相变,从而提高其抗氢性能。此外,渗碳层中的压缩残余应力对抑制H扩散,也起到了积极的作用。     

奥氏体不锈钢低温气体渗碳的组织性能

低温盐浴渗碳、等离子渗碳等低温渗碳工艺在提高奥氏体不锈钢表面强度的同时,会降低其耐蚀性能。为克服上述缺陷,开发了一种高效兼顾表面强度与耐蚀性能的表面强化工艺的低温气体渗碳技术。采用该工艺对304、316奥氏体不锈钢进行渗碳处理,并对得到的奥氏体不锈钢低温渗碳组织性能进行分析。结果表明,随着温度升高,试样表面强度提高,而腐蚀性能下降。470℃是兼顾强化与耐蚀性能的低温气体渗碳工艺参数。     

奥氏体不锈钢低温离子-气体复合硬化处理工艺

采用离子轰击去除不锈钢表面的钝化膜,并活化试样的表面,然后再进行低温气体渗碳处理。经过反复几次循环处理后,实现AISI 316L奥氏体不锈钢表面低温硬化处理。利用显微硬度计测试表面硬度、硬度梯度;用光学显微镜观察硬化层横截面的显微组织。结果表明,在渗碳温度为440～590 ℃内,硬化层的表面硬度及厚度与渗碳温度和循环处理周期成正比。温度在440～510 ℃内,硬化层增厚相对比较缓慢;当渗碳温度超过510 ℃后,硬化层的厚度增速加快。在440～530 ℃之间,硬化层表面硬度基本保持不变,在530 ℃之后,硬化层的表面硬度继续增加。在3～7个循环处理周期内,硬化层厚度增长速度较快,在第7个循环处理周期后,硬化层厚度增长速度变慢。不降低耐蚀性能的奥氏体不锈钢低温渗碳硬化处理的临界温度为530 ℃。     

真空低压渗碳对304与316L奥氏体不锈钢组织和性能的影响

采用真空低压渗碳技术对304和316L奥氏体不锈钢进行表面强化,利用光学显微镜、扫描电镜、Thermo-Calc热力学软件、X射线衍射仪和显微硬度计等对渗碳层显微组织、相组成及硬度分布进行分析表征,计算了奥氏体不锈钢渗碳层中不同衍射峰的偏移量及渗碳前后晶格常数的变化量。结合钼对奥氏体不锈钢渗碳过程的影响,对比研究了304和316L奥氏体不锈钢渗碳后,在渗碳层深度、表面硬度及碳化物的析出规律等方面的差异。结果表明,经750 ℃真空渗碳2.6 h后,304和316L奥氏体不锈钢晶格常数分别增加了1.33%和1.14%,形成了由膨胀奥氏体和Cr₂₃C₆组成的渗碳层,Cr₂₃C₆在渗碳层中主要以条状沿膨胀奥氏体晶界析出,表面硬度较基体硬度均提升了两倍以上。     

奥氏体不锈钢低温超饱和渗碳实验及热动力学模拟研究

采用OM,EPMA,XRD和IXRD等手段,研究了低温超饱和渗碳(low temperature colossal carburization,LTCC)工艺中CO气体浓度对316L不锈钢表面渗碳层的微观组织、C浓度分布、表面相结构以及残余应力的影响.基于热动力学理论建立了LTCC传质和扩散模型,利用DICTRA软件计算了渗碳层的C浓度和活度分布,并与实验结果进行比较.结果表明,经LTCC工艺处理后的316L不锈钢表面会形成高硬度的S相,并产生压缩残余应力.另外,增加渗碳工艺中CO浓度可以显著提高不锈钢表面渗碳层中的C浓度,进而提高其硬度和压缩残余应力.在C浓度较低时,计算的C浓度和活度分布与实验结果吻合很好,当C浓度较高时,由于陷阱阵点的减少以及较大压缩残余应力的作用导致计算结果偏低.     

喷丸强化对20CrMnTi渗碳齿轮组织和性能影响

采用强力喷丸工艺对20Cr Mn Ti钢渗碳齿轮试样进行了表面强化处理。利用硬度仪、X射线应力分析仪、表面粗糙度仪、X射线衍射仪和扫描电镜,分别测试分析了试样处理前后的显微硬度、残余应力、表面粗糙度、残余奥氏体含量、接触疲劳强度和疲劳断口形貌。结果表明:喷丸强化可显著提高试样表面的残余压应力,残余奥氏体量减少,表层显微硬度增加,表面粗糙度有不同程度增大,接触疲劳强度明显提高。     

奥氏体不锈钢渗碳层的组织及耐蚀强化性能研究

针对常规渗碳工艺会削弱奥氏体不锈钢耐蚀性的问题,通过对现有气体渗碳技术进行改进,采用前处理活化、降低渗碳温度的方法,实现了奥氏体不锈钢渗碳兼顾表面强度与耐蚀性能的目标。采用该工艺对AISI304和AISI316奥氏体不锈钢进行渗碳处理,并分析渗层组织和性能,结果表明,在470℃条件下,AISI316不锈钢经气体渗碳处理后,渗碳层具有优异的耐蚀强化性能。     

316奥氏体不锈钢低温气体渗碳层组织与强化性能

采用自主研发的低温气体渗碳技术对AISI316奥氏体不锈钢进行处理,目的是增强耐磨性且不损害其耐蚀性。对低温气体渗碳层显微组织、硬度梯度、耐蚀性和耐磨性进行分析。结果表明:低温气体渗碳层硬度梯度变化与其组织和碳浓度有一定关系,随渗碳层深度的不同表现出不同的组织和性能。低温气体渗碳处理前后AISI316奥氏体不锈钢的磨损机制由粘着磨损转变成磨粒磨损,S相是提高耐磨性的主要因素,470℃时表现出较好的耐磨性,其耐蚀性基本保持不变。     

AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-气体复合渗碳温度对渗碳层的影响

采用离子轰击去除不锈钢表面钝化膜并活化表面,然后在不同的渗碳温度条件下,用氢气和乙炔混合气体对AISI 316L奥氏体不锈钢进行硬化处理,研究了渗碳温度对不锈钢渗碳层组织和性能的影响。结果表明:AISI 316L奥氏体不锈钢低温离子-乙炔气体渗碳的临界温度为540℃。在440~540℃温度范围内,渗碳层中具有单一γc相结构,无铬的碳化物析出,硬化层厚度与硬度均随渗碳温度的升高而增加。当渗碳温度超过540℃,渗碳层中不仅含有γc相,而且会有新相生成(如Cr23C6、Cr7C3、Cr C、Fe3C、Fe2C),从而引起不锈钢耐蚀性能降低。     

不锈钢低温气体渗碳的C浓度与扩散应力测量与计算

开展316L奥氏体不锈钢块状试样低温气体渗碳实验,测量渗碳层内沿深度方向的C浓度和应力的大小及分布;基于应力-扩散耦合作用理论,建立渗碳后渗碳层内的C浓度和应力分布的计算模型,利用该模型计算上述渗碳实验后试样沿深度方向的C浓度和应力分布,并将模型计算结果和实验结果进行比较.结果表明,低温气体渗碳后钢在表层产生一层含高C浓度的渗碳层,渗碳层内重现高的压应力,C浓度和压应力均在表面处最大,随着深度的增加而逐渐降低,压力和浓度的大小之间呈直线关系;考虑应力-扩散的耦合作用的扩散计算模型计算得到的C浓度分布和实验测量结果符合的较好,表明扩散引起的应力在低温气体渗碳的C扩散中扮演重要角色;扩散压应力的产生显著增加了C的表观扩散速度,在低温气体渗碳等类似的渗碳或氮的扩散机制研究中,需考虑扩散引起的扩散压应力与扩散之间的相互作用关系.     

奥氏体不锈钢表面低温离子硬化处理后的亮化处理

奥氏体不锈钢表面低温离子硬化处理后,其表面覆盖了一层成分复杂、结合牢固的薄膜,不仅影响了不锈钢表面的外观质量,而且还影响到其表面的耐蚀性能.对奥氏体不锈钢低温离子渗碳的试样进行电化学亮化处理,并对亮化处理前后硬化层的表面形貌、表面粗糙度、组织结构、显微硬度及耐蚀性能做了比较.结果表明,虽然亮化处理后不锈钢表面硬化层的厚度和硬度略有减小,但却能显著提高其表面的耐蚀性能,表面较亮化处理前更加光滑,Ra由0.27μm减小到0.09μm.因此,在奥氏体不锈钢表面低温离子硬化处理后再进行一次表面亮化处理是十分必要的.     

离子渗碳温度对316L不锈钢渗层组织和性能的影响

利用低温离子渗碳技术.在不同温度下对AISI 316L奥氏体不锈钢进行渗碳处理.利用光学显微镜、显微硬度计、XRD以及电化学测试技术研究了渗碳温度对不锈钢表面显微组织和性能的影响.结果表明,渗碳温度显著影响AISI 316L奥氏体不锈钢渗碳层的组织结构与性能.渗碳温度在400～550℃之间时,可以获得无碳化物析出的、具有单一γ_c相结构的渗碳层;渗碳温度在550℃时,渗碳层为γ相+Cr_(23)C_6+Cr_7C_3+Fe_3C+Fe_2C的混合组织.渗碳层的厚度与硬度均随渗碳温度的升高而增加.550℃是AISI 316L奥氏体不锈钢中铬的碳化物析出的临界温度.为了避免铬的碳化物析出而降低不锈钢的耐蚀性能.奥氏体不锈钢渗碳必须在低于550℃的渗碳温度下进行.     

航空零件0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢渗碳层的耐磨性研究

研究航空零件0Cr18Ni10Ti奥氏体不锈钢表面渗碳层的耐磨性。结果表明,经过低温渗碳处理后,在转速为150 r/min的磨损条件下试样表面渗碳层的摩擦系数较大。转速为400 r/min时,奥氏体不锈钢本体与低温渗碳层的摩擦系数相近。两种情况下,低温气体渗碳层磨损率都低于奥氏体不锈钢本体,在低速情况下相差幅度较大。0Cr18Ni10Ti与渗碳层的磨损机制分别为粘着磨损和磨粒磨损。可见在450℃保温72 h处理后,可提高奥氏体不锈钢的耐磨性。     

氢氮比对奥氏体不锈钢低温离子渗氮性能的影响

采用空心阴极离子源辅助,研究了低温(400℃)低压(2 Pa)下工作气体中氢气含量(氮氢比)对316L不锈钢离子渗氮层的组织形貌和性能影响。采用显微硬度计、球-盘滑动摩擦磨损仪、电化学工作站等仪器研究了渗氮处理对奥氏体不锈钢力学性能和电化学腐蚀性能的影响。结果表明:工作气体中随着氢气含量的增加,渗氮层深度、表面硬度等单调地降低;随着工作气体中氮气含量的增加,渗氮层组成相γN的晶格参数单调增加,晶粒膨胀程度增加,表面滑移带密度随之增加。通过离子源辅助,低温低压离子渗氮可有效地使316L不锈钢渗氮层表面硬度超过1100 HV,且在3.5%NaCl溶液中腐蚀电流密度比316L奥氏体不锈钢基体降低1倍。     

渗碳气氛对奥氏体不锈钢低温离子渗碳的影响

奥氏体不锈钢低温离子渗碳处理是一种能在不降低耐蚀性能的前提下显著提高其表面硬度的有效方法。本文研究了奥氏体不锈钢低温离子渗碳气体比例及炉内压强对渗碳层硬度及厚度的影响。试验结果表明,炉内气体比例及压强对渗碳层硬度及厚度都有较大的影响。当氢气与甲烷比例为(20~30):1、气体压强为400 Pa时,渗碳层的硬度最高,硬化层最厚。