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文档简介

1不锈钢渗氮:铬-镍系奥氏体不锈钢、Cr13系马氏体不锈钢、低碳高铬系铁素体不锈钢等所制工件,虽然具有较高的高温强度,但耐磨性较差,常需为提高表面耐磨性而进行渗氮,不锈钢的渗氮温度常在500600,时间2550h,层深0.100.30mm,渗氮前需去除工件表面的钝化膜,可用喷砂(应用于表面粗糙度要求不高的工件)、氢还原法等。也可在渗氮时向氨分解气中通入氯化铵使氧化膜还原。2.304不锈钢渗铬固溶渗氮复合处理工艺研究(上海市机械制造工艺研究所田华)304不锈钢强度低,不能淬火强化,耐磨性差,为此可以通过渗铬在其表面得到耐磨、耐蚀、抗高温氧化的铬的碳化物层和铬的固溶体渗层,从而改善其强度低、耐磨性差等缺点。(1)渗铬渗剂及工艺控制渗剂的配制以铬粉或铬铁粉(通常为100目左右)、氧化铝、碘化铵或氯化铵,按适当比例配制,尽可能混合均匀。添加适量氟化钠可改善渗铬零件表面光洁度。渗铬选用带保护气氛的高温炉和耐热钢制坩埚,将搅拌均匀的渗剂装箱,放入试样,用耐火泥密封。渗铬过程中炉体内用99.999%高纯氮或99.999%高纯氩中性气氛保护,避免坩埚内表面渗剂的氧化、结块。渗铬温度可在9501100之间选择,保温结束炉冷至低温后出炉空冷。(2)固溶渗氮处理将渗铬后的试样彻底清洗后,进行真空固溶渗氮处理。加热时严格控制炉内氮气分压,工艺温度为10501150,氮气分压为11043105Pa之间,保温结束可快冷至室温。(3)复合渗层显微硬度渗层表面硬度为10001200HV0.1。经试验研究,当硬度低于400HV5时固溶渗氮效果不显著;当硬度低于300HV5时,则必须重新进行固溶渗氮处理。因为铬是强氮化物形成元素,固溶渗氮后表面生成Cr2N,只有Cr2N相在复合渗层中占有相当比例时,才能显著提高工件表面渗层质量。经铬氮复合渗工艺处理后的试样表面主要为Cr2N,且消除了相。在铬氮复合渗工艺中,温度与保护气氛控制对渗层起着关键作用。经高温渗铬加固溶渗氮复合处理后,304不锈钢表面硬度达1000HV0.1以上,渗层深度为0.14mm,渗层脆性小。由于固溶渗氮处理温度高,可有效解决低温气体渗氮层浅、硬度底等缺点。另外,采用高压气冷冷却,可大幅度减少Cr23C6的析出,避免晶间腐蚀。固溶渗氮可细化渗铬时的粗大晶粒,并使表面铬浓度扩散均匀,提高表面硬度、热硬性及抗腐蚀能力。摘自热处理技术与装备(2006,No.4)3.马氏体不锈钢活塞环的气体氮化(武汉大学动力与机械学院肖文凯等)对6Cr13Mo马氏体不锈钢活塞环进行了加入NH4Cl的洁净气体氮化处理试验,对产品进行了金相与硬度监测及装车试验,结果表明:由于NH4Cl的活化和催渗作用,经5208h氮化,渗层深度可达0.20mm,最高硬度可达1200HV,且大于800HV的有效层深达0.12mm以上,完全能够满足活塞环的使用要求,其使用寿命与镀铬环相当。该处理工艺可替代传统的有污染的镀铬工艺。-摘自热加工工艺(2005,No8)4.不锈钢的固溶渗氮处理(上海工程技术大学朱祖昌易普森工业炉(上海)有限公司曾爱群)不锈钢置于真空炉中,在10501150的固溶处理温度下通入纯氮(压力为PN2)进行渗氮处理,可以获得2.5mm深的渗氮层,同时保持优良的抗蚀性能。这是一种新的化学热处理工艺方法,称为固溶渗氮处理,标注为SOLNIT。此种方法首先是于1993年在Weisbaden召开的AWT的热处理学术讨论会上由德国学者HBerns提出,论文发表于HTM1994的杂志上。一般说来,不锈钢渗氮可以应用离子渗氮或盐浴渗氮(Sursulf或Tenifer方法)进行,但在这两种方法中会析出氮化物,从而引起基体中铬的贫化,致使其耐蚀性下降。氮和碳一样是扩大Fe奥氏体相区的合金元素,在钢中可以间隙原子存在并使钢强化,但氮能提高钢的耐蚀性,所以获得高氮钢一直是人们追求的目标。钢中能溶解的氮比碳多,通过渗氮能避免铁素体相的出现,也能减少脆性第二相在奥氏体晶界上析出,这对材料使用性能的提高是有利的。氮是双原子气体,它具有强的三键,能广泛用作保护气体。但它在1000以上,会剧烈热解,所以在钢件表面拥有大量氮原子。存在于金属中的氮为原子态,以N表示,这样,在工件表面可实现下面的平衡:212NN(1)反应式(1)的平衡常数KN为20.50.52/NNNPNNkfNP(2)氮沿深度的浓度分布依据菲克第二定律进行求解,按半无限大工件的一维单方向扩散模型,计算并不复杂,相应的边界条件和初始条件为:C(O,t)=NS(钢件表面溶解的氮量N);C(,t)=Nc;C(x,O)=Nc其解为:NX=NC+(NS-NC)2N1erfDt上式中的erf为高斯误差函数。只要氮在合金中的扩散系数DN(它与氮浓度无关)已知,氮沿工件表面至纵深方向的分布便可求得。在渗氮处理温度TN时,当渗层的NS大于溶解度极限,铬的氮化物Cr2N发生沉淀。首先沉淀在奥氏体晶界,其次在奥氏体晶粒内非连续沉淀。对后一种沉淀,得到簿片状显微组织形态,虽基本保持为奥氏体。在本文中称为“珠光体”形态,它具有一定的脆性。这种沉淀的脆性氮化物可以通过固溶渗氮的平衡条件调整予以避免。固溶渗氮处理温度:10501150;氮气分压:PN20.010.3Mpa(0.13bar);固溶渗氮时间:24h;渗氮层深度:可至2.5mm;固溶渗氮后的冷却:采用液体淬火剂或高压气淬。应当指出,固溶渗氮温度高,会促使心部和渗层晶粒长大。一般对马氏体而言,第二相沉淀能起阻止晶粒长大的作用。但对奥氏体渗氮层,则在渗层后靠冷加工(如抛丸处理)方法细化。对于高铬铁素体不锈钢(如X2CrMoNb18-2等),由于心部晶粒过于长大,不适合进行固溶渗氮;对马氏体型和F+M型不锈钢,经固溶渗氮获得马氏体渗氮表层,如X6CrMo17-1经固溶渗氮淬火后,其心部约含15(体积百分数)的马氏体,这样在渗氮处理温度TN时的显微组织为F+A,能阻止心部组织的长大,故而能适合进行固溶渗氮;又如对钢X20CrMo13在TN时的显微组织几乎全部为奥氏体,其晶粒长大比前铁素体型不锈钢缓慢,能进行固溶渗氮。对两种M和F+M型不锈钢经固溶渗氮并淬火后,表面层获得M+残余奥氏体(A)组织,经深冷或在450附近的二次硬化回火使A转变为马氏体,显然适合于制造轴承、工具和齿轮零件。对含镍马氏体不锈钢(如X4CrNiMo16-5),经固溶渗氮后获得较软的马氏体心部上存在奥氏体渗氮层的组织,其含氮量约达0.6,随渗层深度增加,奥氏体量降低,相应的硬度增加,直至心部的马氏体硬度。获得这种组织是基于体积改变小和残存压应力的考虑。对含镍奥氏体不锈钢(如X5CrNiMo17-13-2)经固溶渗氮后获得奥氏体的心部和表层,因为Ni和N的交互作用系数eNNi为正,该钢的表面氮浓度NS约为0.5。如果采用Mn代替Ni(因为eNMn为负值),则能提高表层氮的固溶度,使18Cr-18Mn钢的NS达到0.9。对于F+A型不锈钢(如X2CrNiMoN22-5-3),经固溶渗氮后能获得较高强度的心部和表层,其(F+A)的心部组织比X5CrNiMo17-13-2具有两倍以上的屈服强度,又因为高铬低镍能使NS提高至0.9,这种类型的不锈钢特别推荐采用固溶渗氮处理。固溶渗氮的工件装炉前必须予以清洗,经排除炉内空气后,在真空条件下或对流加热条件下,加热至固溶渗氮工艺温度(10501150),然后调整炉压和时间参数,使其达到所要求的表面含氮量和渗氮层深度。工艺参数调整可采用特定的计算机程序。固溶渗氮后工件采用最高的冷速淬至室温。如1Mpa(10bar)氮气的高压气淬方式。结束语固溶渗氮是一种新的化学热处理方法。它可对处于奥氏体状态的不锈钢,通过应用氮气在高温下热分解将氮溶入其表面并经淬火冷却,以获得高氮奥氏体或马氏体表面层,而心部仍保持固溶处理的组织和性能。这种处理方法能实现工件心部和表层的组织和性能的重新配合,得到广泛应用。处理过程中,工件表面平衡的含氮量NS随Cr和Mo的合金化,氮气压PN2的提高,以及随处理温度的降低至10501150温度范围较低端的提高。经过24h处理,表面渗层可达2.5mm。对给定的钢和工艺温度,NS由N2的分压决定,随Cr、Mo含量的提高,PN2从0.30Mpa(3.0bar)降至0.01Mpa(0.1bar)-摘自机械工人(热加工)(2005,NO6)52Cr13钢的表面气体渗氮处理(哈工大材料科学与工程学院杨建群等)采用气体氮化处理不锈钢主要集中在奥氏体不锈钢和双相不锈钢,而对马氏体不锈钢进行气体渗氮的相关研究及报道尚不多见。材料2Cr13(0.160.25C,1.00Si,1.00Mn,0.035P,0.030S,12.0014.00Cr),圆盘件(7010);氮化前调质工艺:103025min淬油,5803040min回火,硬度420HV0.1。渗氮工艺:52020h纯氨渗氮。调质处理后的晶粒度是影响2Cr13马氏体不锈钢渗氮后表面质量的重要因素,而晶粒大小则有淬火温度决定,降低淬火温度使组织细化。1030是该钢的临界淬火温度。渗氮后基体组织为具有优异综合性能(足够的强度和高韧性)的回火索氏体,由细小的粒状碳化物和过饱和铁素体组成。基体局部区域组织保留了马氏体板条形态,这是由于2Cr13不锈钢中的高Cr在高温回火强烈阻碍碳化物的聚集、长大,以及延缓铁素体的回复和再结晶。由于铁素体没有进行充分的再结晶,显微组织继承了马氏体板条的亚结构及形貌,属正常组织。渗氮层耐磨性主要取决于渗层的厚度、强度及其微观组织结构。经对2Cr13钢盘试样气体渗氮后横断面的显微组织观察可知,渗氮层与基体间有明显的界线,且界面整齐并缓慢变化,说明渗氮层与基体结合强度很大。渗氮层包括化合物层和扩散层,厚度约为165m,其中化合物层约为10m,利用XRD对渗氮层进行测试,结果表明,化合物层最表面主要为/-Fe4N和少量的-Fe3N两相组成。化合物层硬度最高约为1051HV0.1,约为渗氮前的2.5倍。摘自金属热处理(2009,No7)6离子溅射在奥氏体不锈钢离子渗氮中的应用(中南民族大学何翔等)不锈钢硬度低(约280HV0.1)、耐磨性差,使其在许多场合的应用受到限制。提高不锈钢表面强度的方法主要有:离子渗氮或渗碳(离子氮碳共渗)、微波渗氮、离子注入、物理气相沉积和化学气相沉积、电镀等。不锈钢中Cr、Ni含量比较高,在其表面形成了一层致密的钝化膜,在离子渗氮中,这层钝化膜阻碍了N离子的渗入。通过Ar离子在强电场的加速下连续轰击工件表面,全方位摧毁其钝化膜,为N离子的吸收和扩散提供通道。本文利用自制的直流脉冲离子渗氮设备,以Ar+NH3为气源,在300400之间采用低气压、高电压的放电参数来加强离子溅射,该预处理方法有效地去除奥氏体不锈钢(18Cr-12Ni-2.5Mo,主要化学成分为:0.06C,19023Cr,11.26Ni,2.67Mo,1.86Mn,余量为Fe)的表面钝化膜,使奥氏体不锈钢的渗氮层更深,表面硬度和硬度梯度均得到较大改善。奥氏体不锈钢经离子渗氮后,通过加强溅射的方法得到的试样(2410mm)表面硬度在1200HV0.5以上,器深层深度达110m,耐磨性能提高了45倍,Cr与N的亲和力比Fe与N的亲和力强,在表面形成了Cr的氮化物,使奥氏体不锈钢表面Cr的含量下降而使耐腐蚀性下降。工艺:Ar、NH3以2:1的体积比保持总气压为100120Mpa,温度为300400,提高电压到最高值1000V加强溅射30min后再保温;氮化:540(纯氨)8h,气压380400Mpa,最后加氨自然冷却。摘自金属热处理(2009,No6)700Cr12Ni9Mo4Cu2Ti马氏体不锈钢离子渗氮组织和性能(浙江大学材料科学与工程系赵良峰等)摘要:对00Cr12Ni9Mo4Gu2Ti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,表层新相主要由相组成;当渗氮温度上升至500时,表层新相主要由N相、/-Fe4N相、相组成,并有大量的CrN相组成;当渗氮温度上升至600时,相、CrN的含量继续增加,/-Fe4N相逐渐减少,N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。结论1)00Cr12Ni9Mo4Gu2Ti马氏体时效不锈钢离子渗氮层厚度随渗氮温度和时间的升高而增加,但当温度升到600时硬度开始降低,同时硬度也随着渗氮时间的增加增幅逐渐平缓,当时间过长时便开始下降。经离子渗氮的试样表面显微硬度最高达1350HV0.05.400低温渗氮处理的渗氮层主要由N过饱和固溶体N相组成;500渗氮试样表面渗氮层主要由/-Fe4N相组成,并有少量CrN和相生成;600常规

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