增压气体氮碳共渗工艺及应用

氮碳共渗是一种提高钢件表层的硬度、耐磨性和抗腐蚀性、抗咬合能力的化学热处理方法。与一般气体渗氮相比,其渗层硬度较低,脆性较小,故又被称为软氮化。氮碳共渗还具有比渗氮处理温度低、时间短,工件畸变小,渗氮层无脆性ξ相,有较好的韧性,不容易剥落等优点。     

碳在铁素体氮碳共渗中的作用——兼论用短时渗氮取代氮碳共渗的可行性

为了探讨碳在铁素体氮碳共修中的作用，采用相同温度和时间进行铁素体氮碳共渗和短时渗氮试验。然后进行金相观察和显微硬度测定、耐磨试验、弯曲试验和扭转试验。试验结果与传统的观点相反。铁素体氮碳共渗的一系列优点并非是碳和氮的同时渗入而是由于形成厚度恰当的化合物层。碳并未表现出“加速渗氮”作用，反而明显降低渗层韧性。对于中碳以上的碳钢和合金钢，在渗氮的同时渗入碳并未进一步提高渗层硬度和耐磨性，因此，除了低碳钢经铁素体氮碳共渗后提高化合物层耐磨性外，短时渗氮可广泛替代铁素体氮碳共渗工艺，从根本上解决铁素体氮碳共渗的环境污染。     

低温离子氮碳共渗温度对AerMet100钢摩擦学性能的影响

研究了不同温度对AerMet100钢渗氮层和氮碳共渗层的显微组织、表面硬度、渗层截面硬度梯度以及耐磨性的影响,并考察了渗层的磨损机理。结果表明,氮碳共渗层相较于渗氮层表面生成的化合物更加细小,表面更加平整光滑;离子渗氮、离子氮碳共渗处理都可显著提高AerMet100钢的表面硬度;随着温度的增加,共渗层厚度也明显增加;氮碳共渗层比渗氮层具有更低的摩擦因数,在共渗温度为480 ℃时氮碳共渗试样具有最低摩擦因数和磨损率,表现出最佳的耐磨性。渗氮层的磨损机理为氧化磨损和表面疲劳磨损,氮碳共渗层的磨损机理为氧化磨损、磨粒磨损以及表面疲劳磨损。     

4Cr5MoSiV1（H13）钢的气体氮碳共渗

为提高热作模具钢4CrSMoSiV1钢的耐磨性和热疲劳性能,对其进行氮碳共渗处理。试验表明,对于4Cr5MoSiV1钢,采用NH3和CO2作渗剂进行氮碳共渗,产品的质量比采用其他氮碳共渗工艺处理的更稳定,渗层表面硬度与气体渗氮层相接近。     

高温镀铁层离子氮碳共渗特性研究

高温镀铁层具有粗大的柱状晶和严重的平行表面的(111)晶面织构,使其在离子氮碳共渗过程表现出如下的特性:(1)氮扩散速度快;(2)扩散层深,表面不易形成化合物层;(3)表面易于形成Fe_3C相。建议以提高高温镀铁层的耐磨性和耐蚀性为目的的氮碳共渗工艺宜采用500℃以下较低的共渗温度。     

加氧气体氮化的应用

罗马尼亚人 Z· Kolozuary等研究了氧对气体氮碳共渗 (软氮化 )过程和渗层性质的影响 ,并得出如下看法 [1] :(1)经氮碳共渗处理后的零件的优良耐磨性不仅来自氮的作用 ,而且碳和氧都有一定的作用。这些元素以密集六方点阵的碳化物或氧化物的形式存在于 α- Fe的点阵中 ,它们具有改善耐磨性的作用。(2 )加入氧可提高氮化气氛的氮势。(3)在含氧的软氮化气氛中处理零件 ,在化合物层中形成细微多孔性氮化物 ,起着润滑物质的作用 ,达到改善渗层的耐磨性、抗咬合能力、抗擦伤等性能。C· Dawers等研究低压氧 -氮 -碳处理时指出 [1] :氧的加入可…     

冷却速度对等离子氮碳共渗化合物层组织结构的影响

0 前言 从本质上来说,氮碳共渗是一种提高低碳钢和低合金钢零部件耐磨性的工艺。它通过气体、盐浴或辉光放电的等离子体把碳和氮原子渗入工件的表面。获得的氮碳共渗层是由化合物层和扩散层组成。化合物层主要由ε-Fe_(2-3)(N,C)和γ＇-Fe_4(N,C)碳氮化铁的化合物组成,扩散层在碳钢中含有间隙固溶的组分,在合金钢中则有细小、弥散的合金氮化合物。 有文献指出,为了改善氮碳共渗后工件的耐磨性,尤其是抗磨粒磨损和粘着磨损性,化合物层应为单一的ε相。这种化合物     

短时渗氮工艺的研究

大多数钢铁材料经５６０℃×（２～４）ｈ短时渗氮可以获得与铁素体氮碳共渗相似的渗层和表面硬度（低碳钢除外）。本文论述短时渗氮的温度、氨分解率、时间、渗后出炉冷却等工艺参数和操作方法的选择。指出短时渗氮的特点是带着化合物层服役使工件耐磨性大幅度提高，其关键在于选择适当的工艺时间，在工件表面形成薄而致密的化合物层。如果化合物层大于１５μｍ表面将出现疏松，而致密区的厚度并未增长，因而过长的渗氮时间是有害无益的。短时渗氮已在工业应用中显示出良好的效果。     

添加微量硼对离子渗氮渗层组织性能的影响EI北大核心CSCD

以42CrMo钢为材料,探索添加微量硼对离子渗氮效率和渗层组织性能的影响。利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损测试仪等仪器对截面显微组织、物相、截面硬度、渗层韧性以及耐磨性等性能进行测试和分析。研究结果表明,离子共渗可显著提高渗氮效率,在相同离子渗氮工艺520℃保温6 h条件下,化合物层厚度随B添加量增加逐渐加厚,由常规离子渗氮处理后的18.78μm增加到29.44μm;同时硼氮离子共渗后在化合物层与扩散层相连处形成了锯齿状垂直楔入基体的硼铁化合物FeB和Fe_(2)B,达到增强渗层与基体结合力及提高渗层硬度的显著效果。随B添加量增加,试样表面硬度和有效硬化层深度都逐渐提高,表面硬度可由常规离子渗氮的750 HV_(0.05)提高至100 2 HV_(0.05);有效硬化层厚度由常规离子渗氮的265μm增加到355μm,相当于渗氮效率提高约35%。硼氮离子共渗处理后试样耐磨性和渗层韧性明显高于常规离子渗氮。     

38CrMoAl钢循环等离子氮碳氧硫共渗工艺的研究

对38CrMoA l钢进行了常规等离子渗氮、循环等离子渗氮以及循环等离子氮碳氧硫共渗处理,研究这几种工艺对表面硬度、渗层组织、硬度梯度的影响。结果表明：循环等离子氮碳氧硫共渗有利于形成共渗元素进一步扩散的通道,加速共渗元素的渗入;综合表面硬度和渗层厚度,循环等离子氮碳氧硫共渗工艺明显优于常规等离子渗氮和循环等离子渗氮。     

氮碳共渗和随后的氧化工艺对零件性能的影响

近几年来,渗氮和氮碳共渗的作用明显增大。因为处理温度低(500～650℃),渗氮后,零件的形状和尺寸变化比渗硼后大大减少。此外,渗氮具有节能和经济性高的特点。这种方法可以用来提高耐磨性、耐蚀性和疲劳寿命,并能增加零件使用期限。对于氮碳共渗已拟定并有效地使用了各种工艺和装备。     

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。     

离子硫氮碳共渗复合氩原子轰击热处理工艺研究

采用离子硫氮碳共渗+氩原子轰击+离子硫氮碳共渗工艺对35CrMo钢进行了深层离子硫氮碳共渗。氩原子轰击试验表明:氩原子轰击使工件表面的化合物层呈柱状晶形貌,大大提高了氮在化合物层中的扩散能力,保持了扩散层中氮的浓度梯度,从而为氮的继续渗入提供了通道。35CrMo钢制风冷机齿轮经6 h离子SNC共渗+1 h 氩原子轰击+6 h离子SNC共渗处理,有效渗层(HV>500)达0.2～0.3 mm,总渗层达到0.5～0.6 mm,使用寿命明显提高。     

离子氮铝共渗方法及对42CrMo钢组织性能的影响

目的 研发离子氮铝共渗试验方法,达到不影响42CrMo钢基体组织性能前提下,显著提高试样表面硬度和耐磨性效果。方法 采用电解法在42CrMo钢表面沉积氢氧化铝膜,再在520 ℃/4 h工艺下进行离子氮铝共渗处理,并在相同工艺参数条件与传统离子渗氮进行对比。用光学显微镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损测试机、X射线衍射仪及SEM对截面显微组织、截面硬度、耐磨性及物相等进行了测试和分析。结果 获得了离子氮铝共渗试验方法,在520 ℃/4 h相同工艺参数下,离子氮铝共渗形成的化合物层和有效硬化层厚度比常规离子渗氮显著增加,其中,化合物层厚度由17.24 μm增加到52.13 μm,有效扩散层从175 μm增加到1 050 μm,相当于等离子处理效率提升6倍;同时,渗层形成了AlN及FexAl强化相,大幅度提高了渗层的硬度及耐磨性能。表面硬度由750HV0.025提高到1 250HV0.025,摩擦因数由常规离子渗氮0.52下降到0.29,磨损率由常规离子渗氮3.22×10^?5 g/(m.N)下降到1.21×10^?5 g/(m.N),磨痕明显减轻。结论 采用电解硝酸铝生成氢氧化铝沉淀附着在工件表面作为预处理,获得了离子氮铝共渗试验方法,与常规离子渗氮相比,离子氮铝共渗形成了多层次渗层结构,大幅度提高常规离子处理效率、表面硬度及耐磨性。     

45Cr钢氮气-甲烷离子氮碳共渗工艺研究

采用氮气-甲烷作为气源对40Cr钢进行离子氮碳共渗,研究了渗层的显微硬度分布、相组成以及耐磨性,结果表明:渗层由化合物层、扩散层和基体组成;表面渗层物相结构主要由氮(碳)ε化合物和Fe3C构成;试验电压600V时,渗层深度最大,但耐磨性最差;探讨了氮气-甲烷离子氮碳共渗机理.     

低温离子硬化处理对AISI 420不锈钢组织与性能的影响

研究了低温离子渗氮、离子氮碳共渗和离子渗碳硬化处理对AISI 420马氏体不锈钢的显微组织、表面硬度、耐蚀性、耐磨性的影响。结果表明,离子渗氮、氮碳共渗和离子渗碳处理都可提高马氏体不锈钢的表面硬度;经不同工艺处理后的试样,除500 ℃×4 h渗氮工艺外,其他不锈钢试样表面的耐蚀性均未出现明显降低,当渗氮温度过高（500 ℃）时,由于CrN的析出使得渗氮层的耐蚀性显著下降;磨损试验的结果表明,离子渗碳处理后硬化层的耐磨性最佳。     

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。     

表面改性技术对38CrMoAl钢组织与性能的影响

对38CrMoAl钢进行碳氮共渗、氮碳共渗和脉冲真空渗氮处理,研究了表面改性后钢.的显微组织、表面相结构、硬度、耐磨性和耐腐蚀性能.结果表明,碳氮共渗试样表面组织为回火马氏体;氮碳共渗试样表面组织为Fe24N10化合物;脉冲真空渗氮试样表面组织为Fe2_3N化合物.脉冲真空渗氮试样的表面硬度最高(1026 HV),磨损...     

微量钛对离子渗氮渗层特性及性能的影响

为调控离子渗氮渗层特性,获得少脆性化合物层、厚韧性扩散层的渗氮层,提高离子渗氮渗层抗冲击性和重载下的耐磨性,对 42CrMo 钢进行了添加微量钛的创新离子渗氮处理。 利用光学显微镜、SEM、XRD 和显微硬度计对渗层的截面显微组织、表面形貌和成分、物相和截面硬度进行了测试和分析。 结果表明:添加微量钛离子渗氮可显著改善渗层特性,获得少化合物层的高硬高韧渗氮层,同时显著提高离子渗氮效率。 在 540 ℃ ×4 h 工艺条件下,添加微量钛可使离子渗氮有效硬化层厚度显著增加,由常规离子渗氮的 225 μm 增加到 380 μm,即渗氮效率提高近 70%;有效硬化层厚度提高的情况下,化合物层厚度反而减薄,由常规离子渗氮的 19 μm 降低到 10 μm,即化合物层厚度降低了约 50%;渗层中化合物层与有效硬化层之比值由常规离子渗氮的 8. 5%降低到 2. 6%。 同时添加微量钛离子渗氮渗层中形成了高硬度强化相 TiN,使渗层表面硬度由 703 HV0. 05 提高至 895 HV0. 05 。 添加微量钛离子渗氮获得了薄化合物层、高硬高韧、厚有效硬化层的优良渗氮层特性,该渗层特性对改善离子渗氮零部件抗冲击性和重载下的耐磨性具有重要研究和应用价值。     

非调质钢表面硬化处理工艺

试验用非调质钢为F35MnV、F38MnVS、F40MnVS、F45MnVS及F49MnVS铁素体-珠光体钢和F12Mn2VBS贝氏体钢。对这些钢进行了表面硬化处理试验。结果表明,铁素体-珠光体型非调质钢可采用气体渗氮、离子渗氮和气体氮碳共渗以提高其表面硬度和耐磨性,但贝氏体非调质钢氮碳共渗处理后,其冲击韧度从46.7 J降低到了35.0 J,故不宜采用该工艺进行表面硬化。此外,F40MnVS钢的高频感应淬硬层表面硬度和硬化层深度与45钢的基本相同,经渗氮处理的F35MnV和F40MnVS钢渗层的化合物层比40Cr、45和38CrMoAlA钢的薄,而扩散层较厚者厚,表面硬度比40Cr、45钢高,比38CrMoAlA钢低。经气体氮碳共渗的非调质钢具有良好的综合力学性能。