真空渗氮时间对TC4钛合金渗氮层组织与性能的影响

采用不同时间对TC4钛合金进行真空渗氮处理。通过金相分析、X射线衍射(XRD)、显微硬度测试和耐磨试验研究了渗氮时间对渗氮层组织与性能的影响。结果表明:经820℃不同时间真空渗氮后,TC4钛合金表面物相主要以Ti N和Ti2Al N为主,渗氮初期,氮化物层厚度增加较快,随时间延长,氮化物层厚度增加速度逐渐减小,渗氮层深度与时间符合遵循抛物线规律。表面硬度及耐磨性随时间延长而增加,当渗氮时间达到10 h以后,表面硬度及耐磨性随时间延长基本保持不变,氮化物层厚度随时间延长继续增加。     

α型钛合金离子渗氮工艺

研究了离子渗氮温度、渗氮时间对TA7钛合金的渗氮层的组织、动力学模型和硬度的影响。结果表明:TA7钛合金经离子渗氮后,渗氮层由化合物层(Ti N+Ti_2N相)+扩散层(α-Ti(N)相)组成。TA7钛合金经低温(T≤800℃)短时(t≤16 h)渗氮时,渗氮层的主要变化为相结构的改变,但是渗氮层的深度随渗氮时间的变化不大。TA7钛合金离子渗氮前期16 h内表面硬度显著地提高,可达基体硬度的2～4倍。TA7合金在渗氮温度T≥850℃,渗氮时间t=16 h工艺下可得到较好的渗层组织和渗层硬度梯度。     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

间歇渗氮周期对TC4钛合金真空渗氮的影响

为了提高TC4钛合金表面硬度及耐磨性,采用不同的间歇渗氮周期对其进行真空间歇渗氮处理。通过金相观察、X射线衍射(XRD)、显微硬度计和耐磨试验机分析了渗氮层组织与性能。结果表明,TC4钛合金经真空间歇渗氮处理后,形成了由Ti N、Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。间歇渗氮周期较小,氮扩散区较窄,随间歇渗氮周期增加,氮明显向内扩散形成了一定宽度的氮扩散区,渗氮周期为30 min时,表面硬度为1100~1200 HV0.1,有效硬化层深度为60μm,渗氮周期继续增加,氮化物层开始变得疏松,表面硬度和耐磨性开始降低。     

钛合金离子渗氮表面完整性研究

对Ti-6Al-4V钛合金真空离子渗氮层的表面完整性进行测试。分析了渗氮温度、时间等工艺参数对渗层表面粗糙度、残余应力等的影响规律和机制。研究表明,在650-900 ℃范围内,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的增加,表面粗糙度总体呈现增加的趋势。其中,渗氮温度从700 ℃增加到750 ℃,渗氮层表面粗糙度大幅增加,残余应力转变为残余压应力,且应力绝对值显著增加。证明钛合金反应扩散渗氮机制启动温度在700-750 ℃范围内,从而,钛合金离子渗氮适合的温度应大于750 ℃。同时表明,钛合金渗氮层表面完整性与反应扩散渗氮行为密切相关。在渗氮温度不高于850 ℃,渗氮时间不超过16 h的条件下,因渗氮引起的表面粗糙度增加不超过0.3 μm,渗层表面残余压应力可达-500 MPa。     

TC4钛合金螺栓真空渗氮组织及性能

采用真空技术对TC4钛合金螺栓进行表面渗氮。运用金相显微镜、XRD、显微硬度计、磨损试验机及疲劳试验机研究了渗氮层的显微组织和性能。在相同条件下进行磨损及微动疲劳试验。结果表明,钛合金螺栓经820℃真空渗氮10 h后,渗氮层物相主要由Ti N、Ti2Al N和Ti3Al组成,获得了由氮化物层和氮扩散区组成的致密渗氮层。表面硬度为1100~1200 HV,与基体硬度相比,提高了近3倍,硬化层深度达60~70μm。渗氮试样磨损失重为未渗氮试样的1/3,表面磨痕细密,平均微动疲劳寿命提到了20.2%。TC4钛合金螺栓经真空渗氮后,硬度、耐磨性和微动疲劳寿命得到了明显改善。     

钛合金离子渗氮后的组织及耐磨性能

对TC4及TA7钛合金分别在900℃进行离子渗氮工艺试验,借助于SEM、XRD等分析了渗层组织,测量了渗氮层显微硬度及渗氮深度,测试了渗氮层的耐磨性能。结果表明,钛合金离子渗氮可形成化合物层+扩散层的典型渗氮层,总渗氮深度可达100μm以上,渗氮层表面硬度达1200 HV0.1以上。TC4钛合金850℃渗氮16 h后,耐磨性能与基体相比显著提高。     

钛合金真空离子渗氮组织及耐磨性能

采用真空离子渗氮设备开展了TC4及TA7钛合金真空离子渗氮工艺试验,采用SEM、XRD等分析了渗层组织,测量了渗氮层显微硬度及渗氮深度,测试了渗氮层的耐磨性能。结果表明,钛合金离子渗氮可形成化合物层+扩散层的典型渗氮层,总渗氮深度可达100 μm以上,渗氮层表面硬度达1200 HV0.1以上。TC4钛合金850 ℃渗氮16 h后,耐磨性能与基体相比显著提高。     

不同介质对TC4钛合金真空渗氮的影响

为了提高表面硬度和耐磨性,采用不同渗氮介质对TC4钛合金进行真空渗氮处理。采用金相显微镜、X射线衍射、扫描电镜、显微硬度计及耐磨试验机分析了渗氮层的组织与性能。结果表明,TC4钛合金经真空渗氮处理后,可获得由Ti N、Ti2Al N和Ti3Al组成的复合改性层。相同条件下与NH3相比,采用高纯N2渗氮可获得更为致密的氮化物层,表面硬度和耐磨性更高,其表面硬度为1100~1200 HV,有效硬化层深度可达50~60μm。     

稀土含量对Ti6Al4V钛合金等离子渗氮层组织和摩擦学性能的影响

目的研究稀土含量对Ti6Al4V钛合金表面等离子体渗氮层结构和性能的影响。方法运用等离子表面改性技术对Ti6Al4V(TC4)钛合金进行等离子渗氮处理,渗氮过程中通入不同含量的稀土作为催渗剂,以获得钛合金表面强化层。利用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)观察渗氮层组织,用X射线衍射仪(XRD)分析渗层相组成,用能谱仪(EDS)检测渗层的化学成分,用维氏显微硬度计测量渗层的显微硬度,用球-盘式摩擦磨损试验机和三维轮廓仪检测渗层的摩擦磨损性能。结果TC4钛合金表面等离子渗氮层结构包括表面化合物层(主要成分为δ-TiN)和扩散层(主要为N原子扩散形成的N-Ti固溶体),加入稀土可以促进N原子向基体的扩散,提高渗氮速度。渗层厚度增加,硬度和耐磨性能提高,扩散层使钛合金基体与化合物层之间的硬度梯度更加平缓。当稀土通入速率为60 mL/min时,渗层厚度可达155μm,表面硬度为1275HV0.05,摩擦系数降到0.27,磨损率明显降低。结论钛合金等离子渗氮过程中加入稀土可以有效提高渗速,改善渗氮层硬度,提高材料表面的耐磨性能。     

钛合金离子渗氮工艺研究

研究了Ti-6A1-4V(TC4)钛合金经不同温度和时间离子渗氮后渗层的表面硬度、深度和显微组织。结果表明,在H2∶N2比为3∶1的气氛中经860～900℃、8～10 h离子渗氮后,渗层深度为0.20～0.25 mm,表面硬度为900～1341 HV0.1,渗层组织由δ-TiN、ε相和氮在α+β内的固溶体组成。     

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。     

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。     

TC4钛合金真空渗氮组织与性能

对TC4钛合金进行真空渗氮处理,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计及耐磨试验机分析了渗氮层的组织与性能。结果表明,TC4钛合金经真空气体渗氮处理后,形成了由TiN、Ti2AlN和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层,氮化层组织均匀致密,形成了较宽的氮扩散区,表面硬度为1100~1200 HV,有效硬化层深度为50~60μm,硬度梯度平缓,脆性低,耐磨性得了极大的改善。     

渗碳时间对TC4钛合金显微组织和强化效果的影响

研究了渗碳工艺对TC4钛合金表面渗碳层组织、组成相及强化效果的影响,特别对不同的渗碳时间对渗碳层厚度、微观组织、相组成及其形成机理进行了深入的探究。结果表明:钛合金表面经渗碳后均形成Ti C陶瓷层+扩散层。表面呈众多胞状结构、小沟槽及纳米微孔的形貌特征,微观组织为众多取向各异、亚微米级的Ti C相晶粒。随着渗碳时间的延长,渗碳层厚度明显增加,经3h渗碳后能获得均匀且致密的Ti C陶瓷层。Ti C陶瓷层硬度高达1195 HV0.2,可有效提高钛合金的表面硬度和耐磨性。     

1Cr12Ni3MoVN钢渗氮层的组织与性能

研究了调质态1Cr12Ni3MoVN钢在580℃、氨分解率30%～70%条件下,气体渗氮4、8、16和32 h渗氮层的组织结构和性能。利用OM、SEM、EDS和XRD对渗氮层的显微组织、表面相结构、磨痕形貌等进行表征,并对渗氮层的显微硬度及摩擦磨损性能进行测试。结果表明,渗氮层组织致密均匀,包括化合物层、中间扩散层和过渡层,表层主要由ε-Fe_(2-3)N相和γ'-Fe_4N相组成,并含有少量CrN化合物;随渗氮时间延长,渗氮层厚度近似呈抛物线规律增加,但表面硬度降低。经渗氮后钢的耐磨性大幅度提高,表面仅呈现轻度磨损。     

40Cr钢循环离子渗氮工艺及渗层硬度研究

目的探索循环离子渗氮与常规恒温离子渗氮技术的工艺效果。方法先对试样进行调质处理,分组进行离子渗氮,固定氨气和乙醇的流量,改变渗氮时间和渗氮温度两种工艺参数及渗氮工艺,分别测定渗氮后各试样的表面硬度及渗层厚度,观察其金相组织,并分析每组试样渗氮层的性能。结果循环离子渗氮530 6 h℃试样的表面硬度最高,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的延长,试样的表面硬度增加,但是当温度超过530℃、时间超过6 h后,试样的表面硬度反而降低。循环渗氮550 10 h℃试样的渗层厚度最厚,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的增加,试样的渗层厚度变厚,但时间超过6 h后,渗层厚度的增加较缓慢,6、8、10 h试样的渗层厚度差别不大。相同的渗氮温度下,循环渗氮6 h的试样的渗层厚度基本与常规恒温渗氮10 h试样的渗层厚度一样,相同渗氮时间内,循环渗氮510℃的试样的表面硬度高于恒温渗氮550℃试样的表面硬度,且两者的渗层厚度相差不多。结论循环离子渗氮工艺优于常规的恒温离子渗氮,循环离子渗氮550 8 h℃试样的综合性能最好。     

离子渗氮工艺参数对4Cr5MoSiV钢表层组织与性能的影响

目的 研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响,获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法 对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理,渗氮温度分别为450、480、510、540 ℃,保温时间分别为5、10、15、20 h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度;利用X射线衍射仪分析渗层物相组成;利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨性;通过扫描电镜观察表面磨痕区域。结果 离子渗氮渗层表面的物相主要为γ''-Fe4N相和ε-Fe2~3N相。在实验范围内,随着温度的升高或时间的增加,材料渗层深度、表面硬度增加,磨损率减少,但当温度过高或时间过长时,表面硬度下降,磨损率增加。在480 ℃的条件下进行20 h离子渗氮的材料,表面具有最好的摩擦学性能,表面硬度为1147 HV0.2,磨损率为2.13×10-5 mm3/(N?m),渗氮层深0.24 mm,化合物层深14.05 μm,摩擦系数为0.45,磨损状态为磨粒磨损。结论 离子渗氮是适合于变截面弹簧的表面强化方式,可以在材料表面形成具有一定厚度、均匀分布的渗氮层组织,显著提升表面硬度和耐磨性,降低摩擦系数。     

TC4钛合金直流液相等离子体法强化层的生长

为了进一步研究TC4钛合金在直流液相等离子体法强化过程中的温度变化,探索强化层的生长过程,通过液相等离子体电解强化技术在TC4钛合金表面制备强化层。使用热电偶测量强化过程中的试样温度变化,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、显微硬度等测试方法分别研究强化层的表面形貌、显微结构、元素分布和硬度。结果表明,较高的试样温度(约500℃)有利于TC4钛合金得到表面完整、均匀的强化层,而260V左右的处理电压能使试样达到该温度。表面化合物层以Ti(C,N)相为主,化合物层下有碳氮元素渗入基体。经过处理的强化层硬度较基体明显提升,近表层硬度可达784HV0.01。研究表明,TC4钛合金强化层的生长分为4个阶段:基材预热阶段、初步起弧阶段、表面弧光渗氮阶段和碳氮化合物层向外生长阶段。     

TC4合金表面离子渗Zr-N层的常温和600℃高温耐磨性

为改善钛合金室温和高温摩擦学性能,分别采用锆-氮离子共渗(Zr+N)与离子渗锆后渗氮(Zr/N)两种工艺在TC4钛合金表面制备错-氮改性层.利用球盘磨损试验机对比研究了两种Zr-N改性层在室温和600℃高温环境下的摩擦学性能.结果表明,两种工艺制备的Zr-N改性层均由ZrN相组成,Zr/N改性层还包含少量TiN相和较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高.Zr/N改性层比Zr+N离子共渗层表面硬度更高,渗层更深,表面承载能力更强.室温和600℃高温下,Zr/N改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低43倍和21倍;Zr+N共渗改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低24倍和5倍.