表面形貌对316L奥氏体不锈钢低温气体渗碳的影响

利用金相显微镜、显微硬度计和残余应力分析仪研究了4个具有不同表面形貌的316L奥氏体不锈钢经低温气体渗碳处理后的渗碳层微观形貌、硬度和残余应力。结果表明:渗碳后各试样表面均形成一层高硬度、高残余压应力的渗碳层,表面强化效果显著。表面形貌对316L奥氏体不锈钢低温气体渗碳有一定影响。随着试样表面粗糙度的下降,渗碳处理后的硬度、残余应力和渗碳层厚度均降低,表面强化效果下降,并最终趋于稳定。     

316L奥氏体不锈钢低温表面渗碳的数值分析

针对316L奥氏体不锈钢表面强化,进行了低温表面渗碳实验并测量了渗后试样渗碳层内C浓度沿深度方向的分布.建立了以陷阱-去陷阱质量传递机制为基础的动力学模型,认为Cr原子在C的扩散过程中对C原子具有陷阱作用,利用该模型计算出渗后试样中C浓度沿渗层深度方向的分布,并与实验结果进行比较.结果表明,实验测得的C浓度沿渗层深度方向的分布形状呈现凸状,与简单Fick定律得出来的结果不同,而基于陷阱-去陷阱模型得到的计算结果与实验结果符合较好,表明陷阱作用在C扩散过程中起重要作用.Cr原子通过对C原子陷阱作用,降低C的扩散系数,对实验数据拟合得到C的去陷阱激活能为165 k J/mol.所提出模型仅适用于未发生碳化物析出的低温渗碳,且并未考虑扩散应力的影响.     

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。     

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。     

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。     

316奥氏体不锈钢低温渗碳层摩擦学性能

利用QK-1型可控环境试验机研究了AISI316奥氏体不锈钢低温(470℃)气体渗碳层的摩擦学性能。结果表明,316奥氏体不锈钢低温气体渗碳层在进行低速对磨时(100 r/min)摩擦系数较大,在高速对磨时(300 r/min)摩擦系数和316奥氏体不锈钢低速和高速对磨时的摩擦系数基本一致;质量磨损率在低速和高速对磨时都减少,高速下低温渗碳层减少了3.5倍左右,低速下减少的幅度更大,达到10倍以上。316奥氏体不锈钢低温渗碳层表现为较好的耐磨性,磨损机制为磨粒磨损;316奥氏体不锈钢的磨损机制为粘着磨损,伴随着塑性变形的产生。     

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。     

316L和316LN奥氏体不锈钢的低温疲劳性能

<正> 奥氏体不锈钢是核聚变反应堆的理想材料。普通的316L奥氏体不锈钢,经固溶处理后获得完全的奥氏体组织,但力学性能不是太好。S.Degallaix等指出,氮的合金化能明显提高316L钢的室温和高温下的单调及循环性能。J.B.Vogt等人作了氮和温度对316L钢疲劳性的影响的试验,来说明低周疲劳和疲劳裂纹扩展时,其宏观性能与显微组织之间的关系。低周疲劳和疲劳扩散试验及其结果分析如下。     

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。     

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.     

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。     

AISI 201奥氏体不锈钢低温离子渗碳

利用低温等离子体辉光放电技术对AISI 201奥氏体不锈钢进行低温离子渗碳(DCPC)处理,处理后的不锈钢表面可以形成一层无碳化铬析出的碳的过饱和固溶体(SC相)。由于渗入钢中的过饱和碳原子引起奥氏体晶格发生畸变,结果使渗层的硬度和耐蚀性都有较大幅度的提高。     

Fatigue behaviour of low temperature carburised AISI 316L austenitic stainless steel

Low temperature carburising (LTC) was applied to AISI316L austenitic stainless steel and its effect on microstructure and fatigue behaviour was investigated. LTC treatment enhances surface hardness and wear resistance of the steel without reducing its corrosion resistance. Surface hardness up to 1150 Vickers was achieved in the carburised layer, thanks to the formation of the so-called “S-phase”, a carbon-supersaturated austenite phase. The XRD evaluation of treated material verified expanded austenite with no evidence of carbide precipitation. Rotating bending fatigue tests showed that the low temperature carburising treatment enhances the fatigue strength of the 316L steel by 40% with respect to the untreated material due to the high residual stresses present in the treated layer. A major temperature increase was found testing the LTC specimens, with a peak value at the end of the test up to 600 °C. By air cooling the LTC specimens during the tests, a further increase of fatigue strength up to 70% was achieved with respect to the untreated material. Fatigue cracks in the surface-treated specimens always nucleated near the boundary between the carburised case and the core.     

航空齿轮钢C69高温渗碳后的组织性能

通过OM、SEM、TEM以及显微硬度计等设备研究了1050 ℃下不同渗碳工艺对航空齿轮钢C69组织及性能的影响。结果表明,经渗碳、深冷和回火处理后,渗碳层表层的显微硬度最高可达约950 HV0.3,组织为针状马氏体,马氏体上观察到M₃C、M₂C碳化物,晶界处有M₇C₃碳化物分布,次表层组织为针状马氏体和板条马氏体,心部显微硬度约为630 HV0.3,组织主要为板条马氏体。循环渗碳的渗碳效率更高,随循环次数增加,试验钢的表面碳含量和渗碳层深度不断提高,且晶界处M₇C₃尺寸和数量逐渐增加。4次循环渗碳的表面碳含量为1.14%,渗碳层深度约为3.0 mm。     

Surface modification of 316L stainless steel with high-intensity pulsed ion beams

The surface of 316L stainless steel was irradiated by high-intensity pulsed ion beams (HIPIB) at ion current density of 100, 200 and 300 A/cm² with 10 shots. The surface morphology and the phase structure in the near surface region of original and treated samples were analyzed with scanning electron microscope (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Electron probe microanalysis (EPMA) was used to study the distribution of elements on the irradiated surfaces. It is found that the HIPIB irradiation can smooth the surface of the targets, and a preferred orientation presents in the surface layer of the treated samples. Otherwise, selective ablation of impurities occurs during the interaction between HIPIB and the targets. Due to the compress stress wave induced by the bombardment, the microhardness is increased significantly in a depth range of up to 200 μm, which reduces the friction coefficient of the treated surfaces and improves the wear resistance of them. Because the grain size reduces and the impurities content decreases in the irradiated surface layer, the electrochemical corrosion resistance is enhanced. In addition, HIPIB irradiation prolongates the fatigue life of 316L at room temperature due to a combination of the smooth surface and the high dislocation density in the surface layer of the treated samples.     

沉淀硬化不锈钢表面低温等离子渗碳层组织结构和性能

本研究对15-5PH和17-4PH沉淀硬化不锈钢进行了460 ℃等离子体渗碳处理。利用金相观察、X射线衍射分析对渗碳层组织和相结构进行表征,采用显微硬度计测量渗碳层的硬度,通过极化曲线研究渗碳层在3.5 wt% NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明,经等离子渗碳后,15-5PH和17-4PH不锈钢表面均形成了“双层”组织,渗层主要由含碳“膨胀”马氏体α′_C和少量Fe₃C相组成,渗碳后不锈钢硬度均显著提高。在本试验条件下,渗碳后不锈钢试样的耐蚀性均略有下降,其中15-5PH和17-4PH不锈钢,随着渗碳时间增加,耐蚀性均没有明显变化,而随着渗层深度的增加,15-5PH不锈钢表面渗碳层的耐蚀性逐渐变差;而17-4PH不锈钢表面渗碳层的耐蚀性先增加后降低。     

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。     

Electropolishing of 316L stainless steel for anticorrosion passivation

316L stainless steel is deemed an indispensable material in the semiconductor industry. In many instances, the surface of the production equipment needs to be treated for low-corrosion passivation, good finish, weldability, and cleanliness. The process characteristics of electropolishing meet these requirements well. The current study investigates the effects of the major processing parameters on the anticorrosion performance and the surface roughness. The electrolyte with 10% water content and a ratio between H₂SO₄ and H₃PO₄ of 4 and 6 has been proven to be successful, showing no corrosion pitting points on the specimen surface. The electrolyte temperature of 85±10 °C and the electrical current density of 0.5 to 1.0 A/cm² are found to be optimal. The processing time beyond 3 to 5 min produces no further improvement. The addition of 10% glycerin provides a very fine surface (maximum roughness of 0.05 μm), while the anticorrosion performance is deteriorated. The results obtained are useful for the manufacture of the semiconductor equipment.