渗扩时间比对AISI 316不锈钢渗氮层组织与性能的影响

采用真空两段渗氮工艺,在不同的强渗、扩散时间下对AISI 316不锈钢进行渗氮处理,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、显微硬度测试和摩擦磨损试验等分析了渗氮层的组织和性能。结果表明,经过12 h的真空渗氮后,AISI 316不锈钢表面形成了一层由γ′-Fe₄N、ε-Fe_2-3N和CrN等相组成的渗氮层,其表面硬度和耐磨性能相较于基体均有明显的提高。其中,渗扩时间比为1∶1(强渗6 h、扩散6 h)时的渗层厚度约为96 μm,表面硬度约为1069 HV0.5,是基体表面硬度的4.5倍,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/3;渗扩时间比为1∶2(强渗4 h、扩散8 h)时的渗层厚度约为120 μm,ε-Fe_2-3N相衍射峰增强,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/30。延长扩散时间能增加渗氮层厚度,改善表面形貌,进一步提高不锈钢的耐磨性。     

AISI 300系列奥氏体不锈钢渗氮层组织和性能研究

目的 在AISI 300系列奥氏体不锈钢表面制备单一S相渗氮层,提高该系列不锈钢渗氮层的硬度、抗磨损性能,对比揭示渗氮前后不锈钢的磨损机制。方法 采用低温辉光等离子渗氮技术(LTPNT)在AISI 300系列奥氏体不锈钢表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)分析渗氮层的截面形貌、元素分布和物相组成;通过比磨损率和磨痕形貌分析渗氮层的摩擦学性能;利用电化学实验考察渗氮前后3种不锈钢的耐蚀性。结果 AISI 300系列奥氏体不锈钢经380 ℃、12 h处理后,其表面获得了厚度为15 μm左右、与基体致密结合、组织成分均匀的渗氮层;渗氮层的相结构主要为S相,无CrN相析出;经渗氮后,该系列不锈钢表面硬度均为1 100HV左右,较基体硬度提高了5倍左右;不锈钢基体的磨损机理为黏着和磨粒磨损,经渗氮后转变为氧化磨损和微切削;渗氮层的比磨损率约为不锈钢基体的1/20,抗磨损的能力得到显著提升;在25 ℃环境温度下渗氮后,304L、316L和321的自腐蚀电位下降,腐蚀电流密度增加,腐蚀速率加快,耐腐蚀性能稍有降低。通过对比腐蚀形貌发现,渗氮层仍具有一定的耐蚀性能。结论 通过LTPNT可以获得高硬度、组织均匀致密、结合强度高的渗氮层,渗氮层中S相的存在可以显著提高AISI 300系列奥氏体不锈钢的表面硬度、抗磨损能力,降低其摩擦因数和比磨损率,对延长不锈钢的服役寿命有着积极的作用。     

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。     

电弧等离子体辅助渗氮处理Cr12MoV钢的组织结构及硬度

采用不同温度对Crl2MoV钢进行电弧等离子体辅助渗氮处理.采用X射线衍射(XRD)分析渗氮层的相组成,采用扫描电子显微镜(SEM)及光学显微镜分别观察渗氮样品表面形貌及横截面形貌,利用显微硬度计测试渗氮层的硬度分布.结果表明:实验钢渗氮层的结构由CrN+γ'-Fe4N+ε-Fe3N的化合物层及由含氮马氏体相α-Fe (N)组成,渗氮层的厚度随处理温度的升高而增加.渗氮处理后能明显提高Cr12MoV钢基体的显微硬度.     

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。     

离子渗氮温度对Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢渗层组织和性能的影响

采用离子渗氮工艺对一种Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢进行表面改性处理。利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子探针显微分析仪(EPMA)和维氏硬度计对不同离子渗氮温度下渗层的组织和性能进行了研究。结果表明,Fe-C-Cr-Ni-Mn-V沉淀硬化型奥氏体不锈钢经430~520 ℃离子渗氮处理10 h后,试样表面均形成一层厚度均匀的渗氮层,表面硬度显著增大。随着离子渗氮温度的升高,渗层厚度增大,520 ℃渗氮时渗层厚度达到78 μm。当渗氮温度为430 ℃时,渗层表面主要由γ_N+CrN+γ′-Fe₄N相组成;当渗氮温度升高至520 ℃时,渗层表面主要由γ′-Fe₄N+CrN+ε-Fe_2-3N相组成。在3种渗氮温度下,渗层中均有CrN析出,导致渗层耐蚀性低于基体组织。     

离子渗氮AISI 420马氏体不锈钢耐蚀行为研究

采用不同温度对AISI 420马氏体不锈钢进行离子渗氮处理.借助光学显微镜和X射线衍射(XRD)技术分析了渗氮层的微观组织结构,利用显微硬度计测试了渗氮层的硬度分布,通过电化学极化曲线测试和盐雾腐蚀试验研究了离子渗氮AISI 420不锈钢在模拟工业环境中的腐蚀行为.结果表明:AISI 420不锈钢350℃低温离子渗氮层由ε-Fe3N和N过饱和固溶体αN相组成,其化学稳定性高,加之固溶Cr元素的联合作用,明显提高了AISI 420不锈钢基材的腐蚀抗力.AISI 420钢经450℃和550℃渗氮处理,渗氮层中的αN分解成了α相和CrN,造成基体贫Cr,降低了基材的耐蚀性能.马氏体不锈钢低温离子渗氮处理不仅可以提高表面硬度,而且可以获得良好的耐蚀性能.     

304奥氏体不锈钢低温盐浴渗氮处理

采用430℃低温盐浴对304奥氏体不锈钢进行渗氮处理,研究了渗氮时间对渗氮层组织和性能的影响。利用XRD衍射仪、光学显微镜、表面显微硬度计和带能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)分别分析渗氮层的相组成、厚度、表面硬度和显微组织。结果表明:304奥氏体不锈钢在430℃渗氮不同时间后,渗氮层厚度和表面硬度都随着时间的延长而增加。渗氮时间为1 h时,渗氮层仅为单一的S相,随着渗氮时间的增加,渗氮8 h时开始有少量CrN生成,渗氮16 h时,渗氮层由大量CrN+S相两相混合。用电化学极化的方法评价耐蚀性能的结果表明:盐浴渗氮处理后耐Cl-点蚀性能得到了一定的改善,在430℃渗氮4 h,其耐蚀性能是最好的,优于没经过渗氮的试样,而在所有的渗氮试样中,渗氮8 h、16 h的试样耐点蚀性能较差。     

201不锈钢离子渗氮和离子镀TiN复合强化层的耐蚀性

对201不锈钢进行离子渗氮+离子镀TiN复合强化处理.并对复合强化层进行物相分析、截面形貌观察、硬度检测以及电化学腐蚀性能测试.结果表明:复合强化层的外层为厚度1.2μm的致密TiN层,中间为厚度约20μm的渗氮层,向内为基体.复合涂层物相主要为:TiN、Ti、CrN、Ni3N、Fe3N、Fe7C3.TiN复合涂层在3.5％的NaCl溶液中耐蚀性与201不锈钢基体相当,在1 mol/L的NaOH溶液中的耐蚀性比201基体提高了7倍,在1 mol/L的H2SO4溶液中的耐蚀性比201基体提高了14倍.     

离子渗氮对多弧离子镀CrN涂层摩擦学性能的影响

目的 采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,以提高大载荷条件下基体表面CrN涂层的耐磨性能。方法 首先采用离子渗氮技术强化40Cr钢基体,再采用多弧离子镀在强化后的基体表面上沉积硬质CrN涂层。采用金相显微镜和扫描电镜观察分析基体和涂层的微观形貌,采用划痕试验测试涂层与基体的结合力,采用维氏硬度表征涂层及基体不同深度的硬度,通过大载荷摩擦磨损试验研究基体强化对涂层耐磨性的影响。结果 经离子渗氮后,40Cr钢基体的表面硬度由380HV提高至879HV,渗层深度达到0.30 mm;多弧离子镀CrN涂层的表面硬度为2 380HV,厚度为33 μm,涂层的结合力达到37.79 N。摩擦磨损试验结果表明,40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.92,磨损量为43.1 mg,磨痕宽度和深度分别为1 805、224 μm;经离子渗氮后40Cr钢基体的平均摩擦因数为0.68,磨损量为28.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为1 260、156 μm;未强化基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.55,磨损量为19.4 mg,磨痕的宽度和深度分别为884、89 μm,在摩擦磨损试验中出现了涂层剥落失效现象;经强化后基体表面CrN涂层的平均摩擦因数为0.42,磨损量为2.6 mg,磨痕的宽度和深度分别为328、16 μm,未出现涂层剥落现象。结论 采用离子渗氮强化基体的方法,使基体、渗氮层、CrN涂层形成了硬度梯度,提高了多弧离子镀CrN涂层的耐磨性能,避免在大载荷条件下出现因基体变形引起的涂层脱落失效。     

不锈钢等离子渗铪并固体渗碳后的高温摩擦性能

目的提高0Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的抗高温摩擦性能。方法利用等离子渗金属技术在不锈钢表面等离子渗铪,之后进行固体渗碳,在HT-500型球-盘磨损试验机上进行高温摩擦磨损实验,分析其高温摩擦性能及摩擦机制,并与不锈钢基体试样及不锈钢渗铪试样进行对比。结果渗铪试样的渗层厚度约为45μm,渗铪+渗碳试样的渗层厚度达100μm。渗铪+渗碳层弥散分布着许多粒状和短棒状碳化物颗粒,碳化物类型主要为MC型、M7C3型和M23C6型。基材的摩擦曲线波动起伏大;渗铪试样的摩擦系数较大,但磨损微观表现平稳;渗铪+渗碳试样的摩擦系数最小。磨损失重由大到小依次为:基材渗铪试样渗铪+渗碳试样。在300,500℃下,渗铪试样的耐磨性相对基材分别提高至1.47倍和1.94倍,渗铪+渗碳试样分别提高至2.13和2.28倍。基材划痕尺寸宽且较深;渗铪试样的表面硬度提高,且摩擦磨损过程中出现了合金氧化物;渗铪+渗碳试样的表面硬度高,基体韧性好,仅出现了很浅且窄的磨痕。结论通过等离子渗铪及离子渗铪+固体渗碳,均能提高不锈钢表面的抗高温摩擦性能,相比之下,离子渗铪+固体渗碳的效果更好。     

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。     

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。     

离子渗氮对304不锈钢组织和性能的影响

为了提高旋振筛机在筛分锂能电池的正、负极材料时的使用寿命和物料的纯洁度,研究了304不锈钢试块在520 ℃下离子渗氮时间对其组织、硬度和耐蚀性能的影响。利用维氏显微硬度计和光学显微镜对渗氮层进行了硬度和深度测试,用球盘式旋转摩擦磨损试验机对渗氮层进行了摩擦磨损性能测试,用电化学工作站进行了耐蚀性能测试,并用X射线衍射仪对试样渗层进行了物相分析。结果表明,相比未经渗氮处理,304不锈钢试块经过渗氮处理后,渗层30 μm深度处的硬度提高了5~6倍,渗层相对耐磨性为未经处理的24.5倍;尽管耐盐蚀性能降低,但其耐碱蚀性能提高。考虑到锂能电池的正极材料偏碱性和负极材料中性特点,旋振筛机上的304不锈钢网架和筛框经过离子渗氮处理后既可以大大提高旋振筛机的使用寿命,还能提高所筛分物料的纯洁度。     

Advance Complex Liquid Nitriding of Stainless Steel AISI 321 Surface at 430 °C

Liquid nitriding of type 321 austenite stainless steel was conducted at low temperature at 430 °C, using a type of a complex chemical heat-treatment; and the properties of the nitrided surface were evaluated. Experimental results revealed that a modified layer was formed on the surface with the thickness ranging from 2 to 30 μm varying with changing treatment time. When the stainless steel subjected to the advanced liquid nitriding less than 8 h at 430 °C, the main phase of the nitrided coating layer was the S phase generally. When the treatment time prolonged up to 16 h, S phase formed and partially transformed to CrN subsequently; and then the fine secondary CrN phase precipitated. All treatments performed in the current study can effectively improve the surface hardness. The nitrided layer thickness changed intensively with the increasing nitrided time. The growth of the nitride layer took place mainly by nitrogen diffusion according to the expected parabolic rate law. The highest hardness value obtained in this experiment was about 1400 Hv_0.25. Low-temperature nitriding can improve the corrosion resistance of the 321 stainless steel against diluted vitriolic acid. The immerse test results revealed that the sample nitrided for 16 h had the best corrosion resistance than the others. SEM examinations indicated that after nitriding, the corrosion mechanisms of the steel had changed from serious general corrosion of untreated sample to selectivity corrosion of nitrided samples in the diluted vitriolic acid.     

17-4PH不锈钢激光气体渗氮层显微组织与摩擦学性能

目的 提高17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢的表面硬度及耐磨性。方法 采用光纤激光器对17-4PH不锈钢进行激光气体氮化,采用不同激光功率在其表面制备渗氮层。利用光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等设备分析渗氮层的显微组织和相组成;借助显微硬度仪测试渗氮层截面深度方向的硬度;采用多功能摩擦磨损试验机测试基体、渗氮层的摩擦学性能,并通过SEM分析磨痕形貌,揭示基体与渗氮层的磨损机制。结果 在渗氮前样品组织为回火马氏体,经激光渗氮后样品表面形成了由板条马氏体组成的熔化区和回火马氏体组成的热影响区构成的渗氮层。经渗氮后,样品的硬度均得到提高。在激光功率3 000 W下,渗氮层的表面硬度最高,达到了415HV0.2,约是基体硬度的1.2倍,渗氮层的硬度随着深度的增加呈下降趋势,在深度为2.6 mm处其硬度与基体一致。在回火马氏体向板条马氏体转变的相变强化,以及氮原子(以固溶方式进入基体)的固溶强化作用下,提高了渗氮层的硬度。经渗氮后,样品的摩擦因数均高于基体,但渗氮后其磨损量相较于基体有所减少,在激光功率3 000 W下,其磨损体积最小,相较于基体减少了62%。在激光功率2 500 W下马氏体转变不完全,在激光功率3 500 W下渗氮层出现了裂纹,都降低了渗氮层的硬度,其耐磨性也随之减小,且都略低于在3 000 W下。磨损机制由渗氮前的以黏着磨损为主,转变为渗氮后的以磨粒磨损为主。结论 在17-4PH马氏体沉淀硬化不锈钢表面进行激光渗氮后,其表面硬度和耐磨性均得到提高,在激光功率3 000 W下制备的渗氮层具有较高的表面硬度和优异的耐磨性。     

离子渗氮对2Cr13不锈钢磨损及冲蚀行为的影响

对2Crl3不锈钢在530℃进行了5h离子渗氮;采用自行设计的旋转冲蚀磨损装置研究了经离子渗氮的2Crl3不锈钢在液-固两相介质中的冲蚀行为;通过球-盘磨损试验研究了离子渗氮对2Crl3钢耐磨性能的影响;测定了试样表面的显微硬度和冲蚀失重,并用扫描电镜观察分析了冲蚀和磨损后试样表面的形貌。结果表明,离子渗氮可显著提高2Crl3不锈钢的表面硬度和耐磨性,但由于氮化铬在渗氮层中的析出,损耗了铬,从而显著降低钢的耐冲蚀性能。     

40Cr钢复合镀膜处理的组织和滑动摩擦性能

对40Cr进行复合镀膜处理和滑动摩擦试验,观察了处理后的组织,并对其横截面硬度进行了测定。结果表明,经复合镀膜处理后形成了表面硬度高、硬度梯度合理的表面强化层;复合镀膜处理比离子氮化的耐磨性更好。     

Microstructure and Properties of SAE 2205 Stainless Steel After Salt Bath Nitrocarburizing at 450 °C

Nitrocarburizing of the type SAE 2205 duplex stainless steel was conducted at 450 °C, using a type of salt bath chemical surface treatment, and the microstructure and properties of the nitrided surface were systematically researched. Experimental results revealed that a modified layer transformed on the surface of samples with the thickness ranging from 3 to 28 μm changed with the treatment time. After 2205 duplex stainless steel was subjected to salt bath nitriding at 450 °C for time less than 8 h, the preexisting ferrite zone in the surface transformed into austenite by active nitrogen diffusion. The main phase of the nitrided layer was the expanded austenite. When the treatment time was extended to 16 h, the preexisting ferrite zone in the expanded austenite was decomposed and transformed partially into ε-nitride precipitate. When the treatment time extended to 40 h, the preexisting ferrite zone in the expanded austenite was transformed into ε-nitride and CrN precipitate. Further, a large amount of nitride precipitated from preexisting austenite zone. The nitrided layer depth thickness changed intensively with the increasing nitriding time. The growth of the nitride layer takes place mainly by nitrogen diffusion according to the expected parabolic rate law. The salt bath nitriding can effectively improve the surface hardness. The maximum values measured from the treated surface are observed to be approximately 1400 HV_0.1 after 8 h, which is about 3.5 times as hard as the untreated material (396 HV_0.1). Low-temperature nitriding can improve the erosion/corrosion resistance. After nitriding for 4 h, the sample has the best corrosion resistance.