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１２５０℃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，     

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)...     

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。     

氨分解气氛保护退火对冷轧不锈钢带组织及硬度影响

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜等手段研究SUS304和SUS321冷轧不锈钢带经氮气气氛和氨分解气氛保护退火后的微观组织,并分析钢带截面显微硬度和退火前后含氮量的变化。结果表明,SUS321不锈钢带经气氛保护退火后,材料中氮含量明显升高,表层存在细晶区,显微硬度远高于心部。其原因是在气氛保护退火过程中,含Ti不锈钢表层发生渗氮,生成阻止高温奥氏体晶粒长大的TiN或Ti(NC)颗粒。     

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。     

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.     

热处理对铸造双相不锈钢组织与硬度的影响

研究了固溶和时效处理对CD-4MCu双相不锈钢的微观组织、相含量、成分及硬度的影响.结果表明:随固溶处理温度的升高,CD-4MCu双相不锈钢中α相含量增加,γ相中Cr元素含量逐渐增多,Ni含量减少,细长条棒状γ相逐渐被短棒状或块状γ相取代,而且γ相逐渐粗化;宏观硬度与α相显微硬度均随固溶温度的升高而增加,时效处理后两相...     

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。     

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。     

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     

渗氮工艺对1Gr18Ni9Ti不锈钢表面耐蚀性的影响

通过对渗氮工艺处理后1Cr18Ni9Ti钢的组织观察及力学性能测量,研究了1Cr18Ni9Ti钢的渗氮层组织及性能与渗氮温度的关系。研究结果表明:未经过渗氮处理的1Cr18Ni9Ti钢主要相成分是α-Fe相,在300℃温度下渗氮处理后的物相主要有α′N、γ′-Fe4N及ε-Fe3C相,其中γ′-Fe4N相的含量较少,在350℃和400℃温度下渗氮处理后的物相主要有α′N、γ′-Fe4N、ε-Fe3C及Cr N相。经过渗氮处理后,钢表面的硬度有明显提升,硬度值随着渗氮温度的降低而减小。在300℃温度下渗氮处理可以一定程度上提升1Cr18Ni9Ti钢的耐蚀性。     

离子渗氮马氏体不锈钢的微观组织与腐蚀行为

采用扫描电镜、X射线衍射(XRD)、极化曲线和显微硬度等方法研究表面离子渗氮X12Cr13马氏体不锈钢的渗氮层成分、显微组织结构、硬度以及腐蚀性能。结果表明:离子渗氮马氏体不锈钢表面形成了70μm的渗氮层,渗氮层由化合物层和扩散层组成,化合物层的组成相主要为γ-Fe N和ε-Fe N。离子渗氮不锈钢经过72 h纯水浸泡后表面发生点蚀。基体内部向表层的扩散降低了钢中的固溶铬含量以及渗氮层形成的孔隙和裂纹共同降低马氏体不锈钢的耐腐蚀性。     

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。     

离子渗氮工艺对S32205双相不锈钢综合性能的影响

在不同温度下对S32205双相不锈钢进行离子渗氮,利用光学显微镜、显微硬度计、电化学测试仪、XRD等对渗氮层组织性能进行分析。结果表明,400℃离子渗氮4 h工艺条件下,渗氮层由γN相构成,自腐蚀电位由基材的-0.294 V升高至-0.271 V,表面硬度可达到966 HV0.01,为基材表面硬度的2.5倍,渗氮层深为8μm,该温度下离子渗氮可同时提高S32205双相不锈钢耐蚀性和表面硬度。随着渗氮温度升高,在450℃和500℃渗氮时虽然渗氮层深和硬度明显提高,然而由于Cr N的析出,耐蚀性均低于基材。     

热处理工艺对S31803双相不锈钢组织及性能的影响

采用光学显微镜、显微硬度计和电化学工作站等研究了不同的热处理工艺对S31803双相不锈钢微观组织和性能的影响。结果表明：S31803双相不锈钢的组织主要由铁素体(α)和奥氏体(γ)两相组成，其含量分别为41%和59%。随着热处理温度升高，α相含量增加，当热处理温度到达1000℃时，α相含量增加至49.26%,但α相的含量随保温时间的增加逐渐减少，γ相含量变化趋势与之相反。随热处理温度升高，由于α相含量的增加，S31803双相不锈钢的硬度随之增大，而随保温时间增加，α相含量减少，硬度降低。S31803双相不锈钢的耐蚀性主要受两相比例以及析出相的影响，随热处理温度升高，α/γ相比例增加，耐蚀性下降，但是保温时间的增加会同时改变α/γ相比例和析出相含量，其耐蚀性无明显变化规律。     

TP304L不锈钢快速热处理的固溶渗氮

目的 研究TP304L不锈钢在N2气氛下快速高温热处理的固溶渗氮行为.方法 对样管进行快速高温热处理,分别采用N2、Ar作为保护气氛,制备固溶渗氮样管及无渗氮样管.使用SEM-EDS、XPS对两种样管进行组织观察和成分分析,采用显微硬度仪测量表面硬度,并通过晶间腐蚀实验和电化学点蚀实验对比耐蚀性.结果 相比于无渗氮样管,渗氮样管表面的平均硬度上升30HV0.1.能谱结果显示,渗氮样管表面N元素含量升高,N的渗透深度约为2μm,扫描电镜没有发现化合物相.通过XPS的元素价态分析,渗入的N元素会形成类似α″-Fe16N2/α′-Fe8N中Fe—N键的结构,以固溶和过饱和固溶的形式存在,没有形成Cr—N键,说明没有出现有害的Cr2N相.渗氮样管的抗晶间腐蚀能力不变,电化学测试结果表明,点蚀电位提高20～100 mV,抗点蚀能力提高.结论 在N2气氛中进行快速高温热处理,TP304L不锈钢会发生高温固溶渗氮行为,过饱和N元素没有析出Cr-N相或Fe-N相,且使材料的表面硬度、耐蚀性提高.     

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。     

00Cr22Ni5Mo3N中合金双相不锈钢的热处理

00Cr22Ni5Mo3N中合金双相不锈钢具有优良的耐腐蚀性和较高的强度,但不能热处理相变强化。离子渗氮可大大提高其表面硬度。研究了离子渗氮介质、工艺参数对00Cr22Ni5Mo3N钢渗氮层硬度、深度、脆性和均匀性的影响,介绍了已成功应用于该钢的离子渗氮工艺。     

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。     

3Cr13钢450℃不同气氛等离子体渗氮层表征

对3Cr13钢在450 ℃氨气和氨氮混合气氛中分别渗氮4、8和12 h后的渗氮层进行了对比。利用光学显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪、电化学工作站对渗氮层截面显微组织、显微硬度、相组成以及耐蚀性进行了表征。氨气渗氮层由化合物层和白亮层组成,而氨气和氮气混合气氛渗氮层中没有出现白亮层。氨气渗氮12 h后,渗氮层的表面硬度为1050.0 HV0.05;表面化合物层主要相为ε-Fe_2-3N,次要相为γ′-Fe₄N,出现了少量的CrN,白亮层相组成为γ′-Fe₄N;渗氮后极化曲线钝化区变宽,自腐蚀电流密度减小,耐蚀性提高。氨氮混合气氛渗氮12 h后,渗层的表面硬度为998.0 HV0.05;气氛中N浓度升高,渗氮8 h后CrN含量增加,次要相由氨气渗氮8 h的γ′-Fe₄N变为CrN;随着渗氮时间延长至12 h,渗层的自腐蚀电流密度降低,钝化区略有变宽,耐蚀性略有提高。