不锈钢低温渗氮/渗碳S相渗层技术的研究进展

奥氏体不锈钢通过低温渗氮/渗碳,获得含氮/碳固溶饱和的扩散层,即S相渗层,不仅提高了不锈钢表面硬度,而且还提高了不锈钢的耐蚀性。本文综述了不锈钢S相渗层研究与应用技术的最新研究进展,分析了低温离子渗氮/渗碳、气体低温渗氮/渗碳、高温渗氮固溶淬火及离子注入渗氮技术的工艺特点。讨论了S相渗层的力学性能和耐蚀性能,分析了国内S相低温渗层技术工业应用存在的问题,展望了S相技术的发展前景。     

0Cr17Ni4Cu4Nb钢气体渗氮工艺

对0Cr17Ni4Cu4Nb钢在固溶和固溶+时效两种状态下进行两种不同的渗氮工艺试验,探讨了工艺温度、氨分解率、原始组织对该材料渗层深度、渗氮后组织和性能的影响。结果表明:经固溶后是否时效,0Cr17Ni4Cu4Nb钢渗氮后得到的渗氮层深度、表面硬度及心部硬度基本相同,可考虑采用固溶后直接渗氮;540℃渗氮后的性能优于480℃渗氮后的性能。     

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     

时效硬化型渗氮模具钢20Cr3MnMoV的热处理工艺特点

研究了20Cr3MnMoV钢热处理工艺参数对力学性能和渗氮硬化性能的影响。结果表明:20Cr3MnMoV钢热处理由固溶处理、时效、预时效和渗氮组成。合理控制时效过程是20Cr3MnMoV钢热处理的主要工艺特点。分别采用固溶处理后充分时效,无预时效直接渗氮和先预时效再渗氮等多种工艺,可以适应于不同工作条件的模具和构件,以满足耐磨性和强韧性的不同要求。20Cr3MnMoV钢氮碳共渗处理,可实现快速渗氮,深层渗氮硬化和基体强化,有广泛应用前景。     

固溶渗氮对Cr18Mn21Mo2.5钢组织及性能的影响

目的 提高Cr18Mn21Mo2.5钢的耐蚀性和耐磨性。方法 使用中频感应炉炼制9种正交设计固溶渗氮用钢,通过正交试验的极差分析得出渗氮效率最高的实验用钢（Cr18Mn21Mo2.5钢）,采用高纯氮气在常压下对其进行固溶渗氮处理,同时对渗层的耐蚀性和耐磨性进行测试及机理分析。利用光学显微镜和XRD研究了Cr18Mn21Mo2.5钢及其渗氮层的显微组织及相组成,采用显微硬度测试仪对固溶渗氮后Cr18Mn21Mo2.5钢的硬度分布进行表征,采用电化学工作站及高速载流试验机进行耐蚀性及耐磨性研究。结果 在优化成分后炼制的Cr18Mn21Mo2.5钢具有良好的强度及韧性,对其在1200 ℃下固溶渗氮24 h可以制备出厚度高达1.4 mm的单一奥氏体渗层。渗氮后腐蚀电位提高,腐蚀电流降低。相比于未渗氮试样,渗氮（1200 ℃,24 h）后试样的阻抗弧半径由2500 Ω增大到8000 Ω,摩擦系数由0.33降低到0.28,磨损量从15.5 mg降低到8.7 mg。渗氮后Cr18Mn21Mo2.5钢的耐蚀性及耐磨性明显提高。结论 固溶渗氮后,N固溶到奥氏体晶格间隙中,固溶态的N促进钝化膜再构,同时N的固溶强化使材料表面硬度提高,渗氮层N含量的提高和渗层厚度的增加均有利于提高耐蚀性和耐磨性。     

1Cr11Ni2W2MoV钢的离子渗氮

利用脉冲直流辉光等离子技术,对1Cr11Ni2W2MoV马氏体热强不锈钢进行不同工艺参数的离子渗氮。利用光学显微镜、显微硬度计、XRD对渗氮层的显微组织及硬度进行了分析。结果表明,在所选用的离子渗氮工艺参数下,1Cr11Ni2W2MoV钢渗层只由扩散层组成,渗氮温度≤560℃时,渗层主要由固溶N原子的α相组成,并伴有少量的γ'-Fe4N和CrN析出;随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长,固溶N原子的α相逐渐转变成γ'-Fe4N相,当处理温度达到590℃时,渗层主要由γ'-Fe4N和Cr N组成。离子渗氮后渗层的表面硬度较未渗氮前有显著的提高,在一定范围内,渗层的表面硬度和渗层深度都随着渗氮温度和渗氮时间的增加而增加,渗层硬度梯度分布也随着渗氮时间的延长变得平缓。     

304奥氏体不锈钢固溶渗氮的研究

在氮气中对304奥氏体不锈钢进行固溶渗氮，用电子探针测定了渗氮层的氮浓度分布，用扫描电子显微镜观察了渗氮层的金相组织。结果表明，固溶渗氮可以使304奥氏体不锈钢获得高氮奥氏体层；表面氮浓度随渗氮温度的升高和氮气压力的增大而增加，渗氮层深度随渗氮温度的升高和保温时间的延长而增加；渗氮后空冷和水冷时氮为固溶状态，炉冷时会析出氮化物。     

Inconel690合金离子渗氮工艺研究

对镍基合金Incone1690进行离子渗氮处理,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)及显微硬度计等对渗氮层进行表征.结果表明:经1050℃固溶处理和700℃TT处理后的试样在540℃渗氮时渗氮层以化合物CrN及贫N、Cr的铁镍奥氏体( γ-FeNi)为主;而仅经1050℃固溶处理时渗氮层以γN相为主,厚度5～7 μm,硬度提高明显.     

1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的真空固溶渗氮处理

为了提高表面硬度和耐磨性,对1Cr18Ni9Ti不锈钢进行真空固溶渗氮处理。采用金相显微镜,X射线衍射仪、显微硬度计和耐磨试验机分析了渗氮层的组织与性能。结果表明,1Cr18Ni9Ti不锈钢经1 050℃真空固溶渗氮8 h后,获得了由γ′-Fe4N、CrN及含氮奥氏体组成的渗氮层;渗氮层组织致密,表面硬度为900~950 HV,有效渗层深度200μm以上;合金耐磨性得到改善,磨损失重仅为基体合金的1/26。     

40Cr钢富氮层快速离子渗氮技术的探索

用活性屏离子渗氮(ASPN)技术对40Cr钢进行快速离子渗氮技术的研究.本项研究是利用氮在奥氏体与铁素体中分别具有不同的溶解度和扩散速度的特性,采用了在共析温度以上短时间溶氮和在共析温度以下长时间扩散渗氮的两种不同的渗氮机制,进行交替渗氮处理.试验结果表明,采用这种新的渗氮工艺不仅可以显著提高渗氮处理中氮在钢中的内扩散速度,而且渗氮层具有较高的硬度.这种快速渗氮工艺可以用"吸收-扩散"渗氮模型进行解释.     

不同气氛固溶氮化处理对不锈钢组织性能的影响

研究了3Cr13不锈钢在不同气氛下的固溶氮化.结果表明:1100℃、0.15MPa的N2、NH3气氛下,均可实现固溶氮化,并获得厚氮铁素体层.以NH3为渗剂固溶渗氮,得到的扩散层的晶粒比N2为渗剂的更加细小,试样表面硬度高达45HRC;高硬度的获得主要是靠渗氮层中形成与母相共格的合金元素氮化物的沉淀硬化.     

稀土渗氮工艺应用现状及发展趋势

通过比较气体渗氮、高温渗氮、盐浴软氮化、QPQ盐浴复合处理、离子渗氮、气体软氮化、高频渗氮和洁净渗氮等现有常规渗氮工艺的技术参数及优缺点,综述了常规渗氮方法的应用现状。在此基础之上,分析了稀土渗氮对渗氮层的深度影响及原理,指出了该技术的经济节能特性,并展望了稀土渗氮技术的发展趋势和应用前景。     

后处理强化注射成形316L不锈钢精密件研究

对金属粉末注射成形316L不锈钢精密件进行了固溶处理和表面氮化处理。实验结果表明,固溶处理后样品的晶粒进一步长大,晶粒尺寸分布逐渐均匀,气孔数量减少;样品的相对密度在固溶处理过程中稍有增加,样品的硬度先是随温度升高而提高,但是当固溶温度升高到1100℃,硬度反而稍微降低。样品经500℃×2 h渗氮处理后,形成20μm厚的渗氮层,表面硬度显著提高,主要原因是渗层中出现富铬的化合物相。     

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.     

T250钢离子渗氮后的组织和性能

对固溶态的T250钢进行不同渗氮时间和渗氮温度的离子渗氮试验。采用金相分析、硬度试验、XRD测定了渗氮层的深度、硬度、显微组织和物相。试验表明,T250钢渗氮后表面硬度大于900 HV0.3,基体硬度在500 HV0.3左右。渗层中的扩散层与基体边界明显。T250钢的渗氮温度与时效温度相近,可以在渗氮过程中实现材料的时效强化。     

冷变形促渗低温等离子渗氮对Ti6Al4V合金力学性能和显微组织的影响（英文）

针对Ti6Al4V合金低温渗氮的问题,设计了一种渗氮工艺,研究了该工艺对Ti6Al4V合金组织和力学性能的影响。通过变形增强渗氮动力,使渗氮可以在较低温度(500°C)下实现,氮化与Ti6Al4V合金基体的弥散强化同时进行。实验过程为固溶强化→室温下冷轧变形→500°C低温渗氮。结果表明,在渗氮一段时间后,试样表面形成了白亮的氮化层并且趋于稳定,变形量和变形时间对氮化层的影响不明显。试样基体组织时效效果明显,表面硬度与基体组织硬度随变形量增加而增加。经XRD物相分析,试样表面生成的氮化物为Ti N、Ti_2N、Ti_4N_(3-X)和Ti_3N_(1.29),横截面氮化物为Ti_3N_(1.29)和Ti N_(0.3)。对经过变形、渗氮和时效等工艺的试样进行摩擦磨损实验,渗氮试样的耐磨性最好。     

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。     

离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢

目的 通过离子渗氮和固溶复合处理制备深层含氮奥氏体不锈钢,获得硬度、耐蚀性和耐磨性等综合性能优良的奥氏体不锈钢。方法 将304奥氏体不锈钢试样放在LD-8CL型直流等离子体渗氮炉内,在400 Pa下进行560 ℃、4 h的离子渗氮处理,渗氮后进行1050 ℃、8 h的固溶处理。使用HXD-1000TMC型显微硬度计、DMI-3000M型金相显微镜、D/max-2500型X射线衍射仪（XRD）、Thermo250XI型X射线光电子能谱仪（XPS）、CS 350电化学测量系统和万能摩擦磨损试验机,对经过复合处理的304不锈钢的截面硬化梯度、截面组织、物相、表面成分、耐蚀性和耐磨性进行研究分析,验证此复合处理对获得硬度高、耐蚀性和耐磨性好等综合性能优良的奥氏体不锈钢的适用性。结果 经过复合处理,不锈钢表面的氮原子数分数为1.56 %,且为单一奥氏体相?N。?N所对应的衍射峰相对于不锈钢基体向左偏移,有效硬化层深达1.0 mm,不锈钢的表面硬度从基体的210HV0.025提高到308HV0.025。不但提高了深层含氮奥氏体不锈钢的耐磨性,而且提高了不锈钢的耐蚀性,腐蚀电位从基体的-0.534 V提高到-0.422 V,摩擦系数由基体的0.8降到0.7。结论 离子渗氮和固溶复合处理适用于制备综合性能优良的深层含氮奥氏体不锈钢。工艺设计时,可以根据材料服役要求,选择合适的固溶工艺,从而获得满足不同综合性能要求的含氮不锈钢。     

在真空炉中不锈钢采用SoINit(固溶氮化)工艺并高压气淬

1　SoINit_A和SoINit_M这二种工艺是BochumRuhr大学工艺博士H .Berns教授研发的。两年前 ,我们在Gerster股份公司用IPSEN公司改良的VTTC_K(W)真空炉着手一项系统发展项目 ,为了把SoINit_A和SoINit_M固溶氮化工艺引入生产中。我们现在正用这些工艺不断地为客户服务。SoINit工艺是最近发展的一种热化学热处理工艺 ,它分别适用于两种不同的不锈钢 :SoINit_A适用于奥氏体不锈钢 ,SoINit_M适用于马氏体不锈钢。SoINit工艺和传统的渗氮差别很大。不锈钢可以用等离了体渗氮或者盐浴渗氮 (软氮化 ) ,但是在这些工艺中 ,会析出氮…     

时效硬化钢渗氮的尺寸变化

研究了时效硬化钢渗氮尺寸变化特点,并与调质钢进行了对比。结果表明,时效硬化钢渗氮尺寸变化稍大于调质钢,这与时效硬化钢渗氮硬化和基体时效硬化的叠加效应有关。合理地利用这种叠加效应,在渗氮前进行预时效,可实现渗氮层强化的同时实现对渗氮件尺寸变化的控制。20CrNi3Mn2Al时效硬化钢齿轮试样固溶处理后经630~650 ℃×4 h预时效+520 ℃×40 h离子渗氮,渗氮径向尺寸增量0.056 mm,变形率为0.03%,与42CrMo调质钢渗氮径向尺寸增量0.043 mm,变形率0.02%相近。