热处理过程中氮在双相不锈钢和马氏体不锈钢表层的行为

本文研究了双相不锈钢在氮、氩混合气中和在真空中进行渗氮和脱氮热处理,以及含铝及13wt％Cr的不锈钢在氮基气氛中进行渗氮热处理。双相不锈钢在1250C于氮、氩混合气中进行热处理时,若混合气中氮气含量高于80％,则表层中得到γ单相,而当混合气中氮气含量低于20％时,表层中得到α单相。双相不锈钢在氮气中于1050℃处理,在表面得到γ相,其硬度比心部高出40HV,而脱氮使硬度下降,故在真空中处理之试样,其表面和心部的硬度几乎相同。含铝及13wt％Cr的不锈钢,在氮分压为0.5kg/cm~2的气氛中处理时,铝、氮之间的强亲合力使氮能渗入钢的内部。获得高层深和高硬度的最佳条件是,控制铝含量使在渗氮温度下基体中含有α+γ(马氏体)相,而表层则为含氯化物的γ相。能满足这种条件的最佳铝含量为1.65wt％。     

高温渗氮工艺对高氮无镍不锈钢组织及力学性能的影响

采用高温渗氮在奥氏体/铁素体双相不锈钢表面形成了奥氏体高氮层。试验结果表明,渗氮层氮含量可达1.0%,与原材料相比氮含量增加了2倍。原始双相组织已经转变为奥氏体,渗氮层深度达到2 mm以上。采用合理优化的高温渗氮工艺,可在提高不锈钢强度、硬度的同时,其伸长率、断面收缩率仍然保持较高的水平。高温渗氮工艺制备高氮无镍不锈钢的最佳工艺参数为:加热温度1200℃、氮气压力0.3 MPa、保温时间24 h。     

不锈钢的高氮表面处理

不锈钢这一级的钢子１０５０～１１５０℃温度范围内，在氮气中氮进行了升扩散，淬火得到高氮马氏体或高氮奥氏体渗层，低碳，低氮马氏体类型可能是含氮淬硬层形成硬的马氏体渗层，可用于不锈钢轴承和工具；双相不锈钢处理后获得高强度奥氏体渗层，可以减轻泵的气蚀。与碳元素相比，溶入的氮可以提高耐蚀性，该工艺与普通渗氮处理的本质区别在于 溶入奥氏体中而不是在铁素体中沉淀析出。     

双相不锈钢高温快速离子渗氮表面改性

在双相不锈钢等离子体渗氮表面改性过程中,为了避免N原子与Cr原子结合形成CrN的析出使基体中Cr元素含量减少进而降低双相不锈钢的耐蚀性能,通常渗氮温度选取低于450℃。温度低,N原子的扩散速率慢,存在渗氮时间长,渗氮层较薄等问题。对SS2205双相不锈钢在不同时间进行了高温快速离子渗氮研究,结果表明:在540℃条件下,渗氮时间为1h时,可得到8μm厚且没有明显CrN析出的渗氮层,使其表面硬度显著提高;与440℃、4h条件下得到的渗氮层相比,厚度增加了一倍,表面硬度提高50%左右,且耐点腐蚀性能并没有严重下降。     

不锈钢的固溶渗氮

不锈钢零件在1×10~4～5×10~5Pa的氮气中于1100～1150℃退火时,氮会溶入其表面。氮向内部扩散服从Fick第二定律,表层深度可达2.5mm。该工艺称为“固溶渗氮”。固溶渗氮可使不锈钢的表面硬化。对于低碳马氏体钢,大约0.5 Wt％的氮可以形成一个硬度约为700 HV_(30)、含残余压应力的马氏体表层。该工艺已应用于不锈钢轴承、齿轮和工具等领域。当含氮量提高到0.9wt％时,可以在双相不锈钢或奥氏作不锈钢上形成高强度的奥氏体表面。因此大大提高了不锈钢的耐气蚀和耐侵蚀性能,而这些性能对不锈钢泵、阀等是非常重要的。该工艺正在向工业应用转化。     

奥氏体不锈钢VOD冶炼过程中氮行为的研究

建立了VOD精炼过程中氮行为的动力学模型,并进行了316L不锈钢控氮的实验室的热模拟试验。实验结果表明:钢中氮溶解度随氮分压的增大而增大,随温度降低而增大。渗氮速率随吹氮流量、氮分压增加而增大;初始氮含量越大,渗氮速率越小;温度对于渗氮速率影响较小。钢中氮含量随吹氩时间、吹氩流量增加而降低;吹氩流量越大,脱氮速率越大。     

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。     

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。     

A4双相不锈钢离子渗氮工艺研究

研究了A4双相不锈钢的离子渗氮工艺.结果显示,渗氮温度和气氛氮势(即氮与氢之比)对渗氮层的深度有影响,而对硬度无明显影响.当渗氮温度为580℃,N2:H2=1:9时,渗氮层表面硬度可达1200～1300HV0.3,渗氮层深度为0.10 mm.     

双相不锈钢15Cr-7.5Mn-2.6Mo的固溶渗氮工艺研究

采用正交实验法研究了 15Cr 7 5Mn 2 6Mo双相不锈钢的固溶渗氮工艺。结果表明 :在压力0 15MPa的高纯N2 气氛中 ,10 5 0℃× 2h +115 0℃× 3h +10 5 0℃× 2h +115 0℃× 4h工艺为最佳工艺 ,按此工艺 ,可获得 1 6 2mm以高氮奥氏体为主的表层。方差分析表明 :渗剂种类对固溶渗氮影响特别显著 ,炉内压力与工艺的影响显著。X射线衍射分析证实固溶渗氮后缓冷试样表层主要物相为 :氮奥氏体、CrN、Fe3O4 和少量氮铁素体 ;固溶渗氮 +固溶处理试样表层为单相氮奥氏体。这说明固溶渗氮是氮在奥氏体的纯扩散过程 ,测得PN2 =0 15MPa、10 5 0～ 12 0 0℃条件下的氮的扩散激活能Q =186 6kJ mol     

F51双相不锈钢离子渗氮层的组织与性能

目的提高F51双相不锈钢的硬度以及耐磨性能。方法将F51双相不锈钢进行低温(450℃)和高温(550℃)离子渗氮处理,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)观察F51双相不锈钢渗氮层的微观组织,利用X射线衍射(XRD)方法对渗氮层沿深度方向相组成的变化进行分析,采用显微硬度计、摩擦磨损实验机分别对渗氮层的显微硬度及耐磨性能进行测试,采用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对磨痕形貌进行观察。结果F51双相不锈钢低温渗氮层主要由N相组成,由表及里为N N+N(少量);高温渗氮层主要由CrN+N相组成,由表及里为CrN+N N+N。高温渗氮层厚度约为低温渗氮层厚度的3倍。低温渗氮样品的平均表面硬度约为基体表面硬度的3.5倍;高温渗氮样品的平均表面硬度约为基体硬度的4倍。基体的摩擦系数约为0.71,低温和高温渗氮处理后样品的摩擦系数大大降低,分别为0.24和0.17。渗氮样品磨痕的宽度和深度较基体显著降低。结论F51双相不锈钢低温渗氮层主要由N相组成,高温渗氮层主要由CrN+N相组成,两种温度渗氮后的样品硬度和耐磨性均得到显著提高。     

不锈钢的高氮表面处理

不锈钢这一级的钢于1050～1150℃温度范围内,在氮气中氮进行上升扩散,淬火得到高氮马氏体或高氮奥氏体渗层。低碳、低氮马氏体类可能是含氮淬硬层形成硬的马氏体渗层,可用于不锈钢轴承和工具;双相不锈钢处理后获得高强度奥氏体渗层,可以减轻泵的气蚀。与碳元素相比,溶入的氮可以提高耐蚀性。该工艺与普通渗氮处理的本质区别在于氮是溶入奥氏作中而不是在铁素体中沉淀析出。     

复合表面处理改善304不锈钢的微观结构和耐磨性

目的 提高奥氏体不锈钢的耐磨性.方法 采用电镀法在304奥氏体不锈钢表面进行镍涂层预处理,然后在450℃及以下,于流动的高纯度NH3中进行气体渗氮,获得复合表面处理试样.使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和显微硬度仪,研究了渗氮层的组织、相组成和显微硬度.使用球盘式摩擦磨损试验机,选用硬度相差很大的两种材料GCr15和Si3N4作为摩擦副,对其耐磨性进行了探讨.结果 在400℃时,复合表面处理试样的基底表面生成约6.34μm厚的连续渗氮层,而单一渗氮试样表面没有渗氮层形成,而且450℃复合表面处理试样的渗氮层厚度为24.26μm,约是单一渗氮处理试样的7.85倍.400℃复合表面处理试样的渗氮层主要由γN-Fe组成.450℃复合表面处理试样的渗氮层主要由γN-Fe和少量铬的氮化物组成.400℃和450℃复合表面处理试样的最大硬度分别为780HV0.05和1450HV0.05,分别是原材料的3.3和6.2倍.与原材料相比,以GCr15作摩擦副时,400℃和450℃复合表面处理试样的磨损量分别下降了约75.7％和89.4％;以Si3N4作摩擦副时,400℃和450℃复合表面处理试样的磨损量分别下降了约82.5％和88％.结论 镍涂层预处理有利于提高气体渗氮效率.复合表面处理明显提高了材料的渗氮层厚度、硬度及耐磨性.     

氮气压强对区熔12Cr21Ni5Ti双相不锈钢包晶转变及性能的影响

采用高压区域熔炼增氮工艺制备了12Cr21Ni5TiN双相不锈钢.研究了高压区熔增氮工艺中的氮气压力对含氮双相不锈钢包晶转变及性能的影响.结果表明,随着氮气压力升高,试样中的氮含量由0升高到0.19wt％,奥氏体体积分数由39.44％升高到69.03％.在包晶转变过程中,随着氮含量的增加,液相(L)转变为奥氏体相(γ)...     

304 不锈钢低温离子渗氮及氮碳共渗处理

目的研究304不锈钢离子渗氮层和氮碳共渗层的组织、硬度及耐磨、耐蚀性能,并考察渗层的磨损机理。方法利用离子渗氮及氮碳共渗工艺在304不锈钢表面获得硬化层,利用XRD,OM及共聚焦显微镜、显微硬度仪、电化学测试仪,分析处理前后渗层的组织、相结构及渗层的硬度及耐磨耐蚀性能。结果 304不锈钢氮碳共渗和渗氮层主要为S相层,在相同工艺条件下,氮碳共渗工艺获得的渗层为γN+γC的复合渗层,且厚度大于单一渗氮层。渗氮层和氮碳共渗层硬度约为基体硬度的3.5倍。在干滑动摩擦条件下,氮碳共渗层比渗氮层具有更好的耐磨性能;渗氮层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟效应和断裂,氮碳共渗层的磨损机理为磨粒磨损的犁沟和微切削。电化学测试表明,渗氮层和氮碳共渗层的耐蚀性能均优于基体。结论 304不锈钢在420℃进行离子渗氮和氮碳共渗处理后,硬度和耐磨性能可大幅提高,且氮碳共渗处理效果更佳。     

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.     

双相不锈钢等离子表面硬化技术的进展

双相不锈钢兼具奥氏体和铁素体不锈钢的特点，塑性和耐蚀性好，但硬度低，耐磨性差。等离子表面硬化处理能提高双相不锈钢的表面硬度和耐磨性，包括离子渗氮、直流辉光等离子渗氮、活性屏等离子渗氮、空心阴极辅助离子渗氮、等离子沉积薄膜(物理气相沉积、化学气相沉积)、等离子热喷涂、离子注入以及表面复合处理等。     

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。     

温度对AISI304奥氏体不锈钢离子渗氮的影响

对AISI304奥氏体不锈钢进行脉冲电流辉光离子渗氮处理,在不同处理温度(480 ℃、520 ℃、580 ℃)下渗氮8 h后,获得了一定厚度的渗氮层.通过对渗层进行金相分析和硬度测试表明,随着渗氮温度升高,渗层厚度增大,显微硬度先增大后减小.综合温度对渗层厚度与显微硬度的影响,AISI304奥氏体不锈钢卡套辉光离子渗氮温度可采用520 ℃,渗氮后渗层厚度为90 μm,显微硬度为1317 HV0.1.     

奥氏体不锈钢低温低压等离子体渗氮

利用低了子体弧源离子渗氮技术,在低压（４×１０＾－１Ｐａ）、低温（３５０～４００℃）条件下进行奥氏体不锈钢表面渗氮处理,可在奥氏体不锈钢表面形成硬度高、耐蚀性好、厚度１０μｍ左右的向氏体中的过饱和固溶体氮化层,最高表面氮浓度达到４５％左右