预氧化对40CrNiMo钢离子渗氮渗速及组织的影响

利用光学显微镜、显微硬度计、XRD和SEM对40CrNiMo钢试样经不同预氧化工艺氧化后再进行离子渗氮的渗速和渗层组织进行研究,发现预氧化温度和时间与渗速存在抛物线关系;氧化工艺为300℃×1 h时,催渗效果最好,渗速提高了约20%;同时白亮层不均匀性得到明显改善,脉状氮化物由Ⅱ～Ⅲ级改善为Ⅰ级。如果提高氧化温度或延长时间,将出现渗速降低、渗层表面硬度下降等不良现象;当预氧化温度升高到400℃、氧化时间为1 h以上,反而会出现严重阻碍渗氮的现象。     

0Cr18Ni9Ti不锈钢表面渗锆改性层的低温预氧化行为

对不锈钢基材、经渗锆处理及渗碳处理后的试样,在620 ℃静态空气中低温预氧化6 h的氧化行为进行研究。结果表明：预氧化后,不锈钢基材表面主要形成FeCr_0.29Ni_0.16C_0.06、Fe_0.64Ni_0.36、Fe₂O₃,出现较多深而宽的裂纹;渗Zr试样低温预氧化后表面主要为Fe₂O₃、ZrO₂,试样表面致密、没有出现大的裂纹;渗Zr+渗C试样,低温预氧化后表面生成物主要为ZrO₂,较渗Zr后更为致密,表面光滑且无孔洞与裂纹,基体与改性层结合牢固,抗高温氧化性能大为改善,试样表面的硬度约为2580 HV0.05,且由表及里试样硬度值呈梯度降低平缓。     

预氧化+稀土铈对42CrMo钢离子渗氮的影响

针对离子渗氮渗层浅及生产周期长等技术难题,采用预氧化与稀土复合催渗对工程常用结构钢42CrMo进行了离子渗氮。利用显微硬度计、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等对渗氮速率、渗氮层组织、表面形貌等进行了系统的研究。结果表明,经400 ℃×1 h氧化+0.6 cm²/kg(铈表面积/装炉量)稀土的复合催渗工艺具有最佳催渗效果;与无催渗试样相比,优化后的复合催渗不仅提高了渗氮效率,同时减少了脉状氮化物,且降低了渗氮层的硬度梯度。     

渗氮层对GH901合金在700℃下氧化行为的影响

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等研究了GH901合金未渗氮试样和渗氮试样在700℃空气中的氧化行为。结果表明：未渗氮试样氧化动力学曲线遵循抛物线规律，渗氮试样符合直线规律。未渗氮试样基体表面由单一的Cr₂O₃和(Cr_0.88Ti_0.12)₂O₃氧化层组成，氧化层表面有少量TiO₂生成，氧化过程由氧向内扩散和Cr、Ti向外扩散控制。渗氮试样由于渗氮层CrN、TiN相的出现使得合金氧化机理发生转变，氧化速率显著增加，表面氧化层呈现3层结构：Fe₂O₃外层、NiFe₂O₄内层、Ti-Cr混合氧化物组成的内氧化区，氧化过程由氧向内扩散和Fe、Ni向外扩散控制。     

QPQ技术中渗氮时间对合金铸铁组织及摩擦性能的影响

采用OM、SEM、硬度测试、摩擦磨损试验等方法研究了QPQ技术中渗氮时间对合金铸铁组织与摩擦性能的影响。结果表明,QPQ处理后,合金铸铁表面形成的渗层物相主要由Fe_2-3N、Fe₂O₃和FeO组成。渗层厚度的平方与渗氮时间存在线性关系,在580 ℃渗氮盐浴条件下,氮元素在合金铸铁中的扩散激活能为70.07 kJ/mol。在90~150 min渗氮时间内,随着渗氮时间延长,渗层的表面硬度值由522 HV0.05降低至441 HV0.05,当渗氮时间延长至180 min,表面硬度值回升至455 HV0.05。与未处理试样相比,QPQ处理的试样具有更小的摩擦因数,并且QPQ处理后试样表面的犁沟显著变浅,表面的金属剥落也得到明显改善,且随着渗氮时间的增加,渗层厚度增加且稳定材料。经180 min渗氮处理的QPQ试样具有最优综合性能,表面硬度值为455 HV0.05,摩擦因数为0.32。     

TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺优化

以渗层厚度和表面硬度为评定依据,采用正交试验对TC4钛合金表面氧化镧催渗渗硼工艺进行优化。结果表明,渗硼温度对渗硼层影响最大,其次为渗硼时间、B₄C含量和La₂O₃含量。最优的催渗渗硼工艺为：渗硼温度1050 ℃,渗硼时间20 h,渗硼剂配比20wt%B₄C+4wt%La₂O₃+76wt%SiC。渗层表面由TiB、Ti₂B₅、TiC和Ti组成;与未添加氧化镧渗硼层相比,添加氧化镧渗硼层厚度与表面硬度明显提高,耐磨性也得到显著改善。     

马氏体不锈钢不同渗氮方法对比试验

采用离子渗氮、液体渗氮及气体渗氮对耐蚀耐热马氏体型热稳定不锈钢1Cr12Ni2WMoVNb进行表面改性,研究了不同渗氮方法下不锈钢的硬度、组织形貌、物相变化及脆性,并对3种渗氮方法下不锈钢的耐蚀性及耐高温磨损性能进行了比较。结果表明:3种渗氮方法均可大幅度提高不锈钢的表面硬度,且不同渗氮处理后不锈钢的渗层组织结构大致相同,但表面物相有所差异,离子渗氮后的表面物相主要为Fe₄N及少量CrN相,液体渗氮后为Fe₃O₄及ε相,气体渗氮后为Fe₃O₄、Fe₄N及少量ε相;3种渗氮方法均可提高不锈钢的耐磨损性能,特别是在500~600 ℃下的高温耐磨性得到了大幅提升,但不锈钢渗氮后的耐蚀性均有所降低。     

大型轧机拉杆离子氮碳共渗+后氧化复合工艺

针对东南亚沿海地区使用的大型轧钢机拉杆(材料为42CrMo钢)易发生腐蚀磨损的问题,采用单热源脉冲离子渗氮炉对拉杆进行氮碳共渗+后氧化复合处理。通过对模拟试样的预氧化工艺、氮碳共渗工艺及后氧化工艺的研究,得到了满足产品要求的复合处理工艺：350℃×2 h预氧化;550℃×24 h氮碳共渗(炉压为260 Pa, NH₃∶CO₂=20∶1)和520℃×2 h氮氧共渗(炉压为300 Pa, NH₃∶O₂=6∶1),共渗完毕,关闭电源,同时以0.5 L/min向炉内通入空气,直至炉温降到300℃,打开炉盖,待试样冷至150℃左右,迅速在试样表面均匀涂上防锈油。在此复合工艺下,渗层深度达到0.39～0.41 mm,化合物层达到10～12μm,与同工艺无预氧化试样渗层及化合物层厚度相比均增加;经盐雾试验检测,试样在70 h后出现腐蚀斑,和只经氮碳共渗处理无后氧化处理相比,耐蚀性提高。     

离子渗氮前预氧化催渗作用及机理

研究了预氧化对42CrMo钢离子渗氮的催渗作用及机理。采用光学显微镜、显微硬度计、XRD、SEM和接触角测量仪研究了渗氮层厚度、渗氮层物相、预氧化后表面形貌和表面自由能。结果表明,预氧化对离子渗氮具有明显的催渗作用,在300℃预氧化30 min后进行离子渗氮(500℃、4 h),化合物层厚度达到15μm,是不经预氧化处理的传统离子渗氮化合物层厚度的2倍以上;有效扩散层厚度达到最大值570μm,明显高于传统离子渗氮的有效扩散层厚度。研究还表明,300℃预氧化30 min后表面产生了大量纳米级氧化物颗粒和微裂纹、孔洞,同时接触角最小、表面自由能最大,离子渗氮阶段氧化物可以有效地转化为氮化物。由此推测预氧化催渗机理可能是表面纳米级氧化物颗粒和微裂纹、孔洞的形成,一方面有利于活性氮原子的吸附,从而促进化合层的形成,另一方面为氮原子提供的扩散通道,有利于扩散层的增加。     

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。     

预氧化对离子渗氮的影响

通过直接向离子渗氮炉通入空气的方法,首次研究预氧化对42Cr Mo钢离子渗氮的作用。采用金相显微镜、显微硬度计、XRD研究了渗氮层厚度和渗氮层物相。结果表明,预氧化对离子渗氮具有明显的催渗作用,在300℃预氧化30 min后进行离子渗氮(500℃×4 h),化合物层厚度达到15μm,是不经预氧化处理的传统离子渗氮化合物层厚度的2倍以上;有效扩散层厚度达到最大值570μm,明显高于传统离子渗氮的有效扩散层厚度。     

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。     

38CrMoAl钢钛催渗等离子氮化工艺研究

目的 探究38CrMoAl钢钛催渗等离子渗氮工艺及机理.方法 在其他工艺参数确定的情况下,通过常规等离子渗氮与钛催渗等离子渗氮处理对比试验,研究38CrMoAl钢钛催渗离子渗氮处理随渗氮时间的变化规律.对试样进行表面硬度、渗层深度检测和显微金相组织与SEM形貌的观察,探究不同处理工艺的催渗效果及钛催渗等离子渗氮的机理.结果 在渗氮的前3 h,渗氮层厚度增加明显,当渗氮时间超过3 h后,其氮化层的厚度便趋于饱和.对比不同时间(3、5、8 h)钛催渗等离子渗氮的表面硬度,差距不大.综合得出38CrMoAl钢在渗氮温度535℃、氨气流量2.0 L/min的工艺参数下,钛催渗等离子渗氮效率最优的渗氮时间为3 h,其表面硬度为1160.8HV,渗层深度为300μm,优于常规离子渗氮8 h的作用效果.结论 38CrMoAl钢试样经过钛催渗等离子渗氮后,渗层的表面硬度和深度明显高于常规离子渗氮.钛的加入可以促使合金元素向表面富集,有利于表面合金化,提升渗氮效率,增强渗氮效果.     

喷丸处理对55SiCr弹簧钢低温气体渗氮的影响

对55SiCr弹簧钢表面进行不同强度的喷丸处理,并在390 ℃进行低温气体渗氮12 h。利用超景深显微镜、显微硬度计、直读光谱仪以及X射线衍射仪（XRD）分析了渗氮层的显微组织、厚度、氮含量和相组成。结果表明,渗氮层主要由γ’-Fe₄N和α_N相组成,并有少量的CrN和Fe₃O₄。随喷丸强度增加,渗氮层组织更加均匀致密,渗氮层厚度、表面硬度和渗层氮含量均增加。     

稀土离子渗氮催渗的均匀性及渗氮层组织

把铈含量>95%的稀土金属块分别放置在钟罩式离子渗氮炉内的上层、中层和下层进行催渗试验。结果表明,富铈稀土对38CrMoAl及40CrNiMo钢试样有较明显的催渗作用,同时减少了白亮层厚度;当稀土块放置在炉内上层时,各试样的层深、表面硬度、脉状氮化物及疏松无明显差别;而稀土块放置在渗氮炉中间层和下层时,稀土块下面试样催渗效果较好,稀土块上面的试样催渗效果稍差。     

气体渗氮对F92钢在700 ℃空气中氧化行为的影响

利用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射分析(XRD)研究了F92钢供货态和渗氮后在700 ℃静态空气中的高温氧化行为,阐述了气体渗氮对F92钢氧化行为的影响。研究表明,渗氮后F92钢表面形成了氮的过饱和膨胀铁素体相和CrN相。供货态F92钢表面生成了薄且致密的(Cr, Fe, Mn)₂O₃和MnCr₂O₄氧化层,具有良好的保护性。此外,供货态F92钢表面有两种瘤状氧化物生成,一种由连续的Fe₂O₃构成,另一种独立的由外层Fe₂O₃和内层富Cr的(Cr, Fe, Mn)₃O₄组成。渗氮加剧了F92钢的氧化,基体内部观察到了内氧化区。渗氮试样表面氧化膜呈双层结构,其中,外层为Fe₂O₃,内层为富Cr的Fe-Cr氧化物。F92钢渗氮过程中形成的膨胀氮过饱和铁素体相和CrN相以及氧化过程中析出的CrN沉淀相降低了铬的活性,阻碍了有保护性的富铬氧化物的生成,从而导致抗氧化性能的下降。     

42CrMo钢的钛催渗等离子渗氮工艺

研究了不同渗氮时间下钛元素对42CrMo钢常规离子渗氮工艺的作用效果,表征分析了不同渗氮工艺下试样表面的渗层组织及性能。结果表明,钛催渗离子渗氮试样的表面硬度和渗层深度均明显高于常规离子渗氮。在535℃×3 h的工艺条件下,钛催渗离子渗氮试样渗层的表面硬度达到887.4 HV0.2,渗氮层厚度约为400μm。钛元素的加入促进了氮元素的渗透和扩散,在试样表面生成高硬度化合物TiN。相较于相同保温时间下的常规离子渗氮,钛催渗离子渗氮试样表面硬度提高了60 HV0.2,渗层厚度增加了80μm,渗氮效率提升了约25%。与常规离子渗氮相比,钛催渗离子渗氮工艺具有显著优势,不仅有利于改善渗层组织性能,增强渗氮效果,还提高了渗氮效率,使渗氮周期明显缩短。     

吐丝温度对82B线棒材氧化层结构与机械剥离性能的影响

为改善82B线棒材表面氧化铁皮的机械除鳞性能，研究了吐丝温度对氧化皮结构与机械剥离性能的影响。结果表明：82B钢线棒材表面氧化皮具有双层状结构，外层为Fe₃O₄,内层为FeO+Fe₃O₄,未检测到明显的Fe₂O₃层。当吐丝温度从880℃升高至930℃时，氧化皮的平均厚度从约14.46μm增加至16.39μm;[FeO+Fe₃O₄]/[Fe₃O₄]层厚比从2.69降至1.98。氧化层-基体界面微空隙层中含有大量Fe₃O₄粒子，微空隙层的数量与尺寸增加。随着吐丝温度的升高，氧化皮剥离形态由大块状转变为小块状与碎屑状，机械剥离表面残留大量以Fe₃O₄为主要组分的氧化铁皮，氧化铁皮临界剥离载荷与粘结强度增加。这表明提高吐丝温度将降低82B钢线棒材表面氧化铁皮的机械剥离性能。     

温度和表面粗糙度对40CrNiMo钢离子渗氮的影响

对相同预处理状态、不同表面粗糙度的40CrNiMo试样进行不同温度的离子渗氮,然后对渗氮层厚度及渗层组织进行测评。结果发现:渗氮温度≤550℃,其它渗氮条件相同时,渗速、白亮层厚度、渗氮层疏松都随着粗糙度的增加而稍有增加;当渗氮温度为570℃时,粗糙度为0. 2μm的试样渗氮效果最好,渗速、白亮层厚度达到最大,渗氮层疏松为1级;而后,渗速、白亮层厚度随着粗糙度的增加而降低,渗氮层疏松却不断增加,在R_a=3. 2μm试样上出现大量疏松层脱落现象。     

可控离子渗入对新型热作模具钢高温耐磨性能的影响

借助高温摩擦磨损试验机、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计等研究了可控离子渗入(PIP)对新型热作模具钢显微组织及高温耐磨性的影响。结果表明,采用可控离子渗入技术处理后的新型热作模具钢试样表面形成了40 μm厚的致密且均匀的渗层。最外层的Fe₃O₄相能降低试样表面的摩擦因数,次表层的Fe_2-3N和Fe₄N能显著提高基体硬度。磨损温度低于 600 ℃ 时,Fe_2-3N和Fe₄N相稳定存在;磨损温度高于800 ℃时,Fe_2-3N和Fe₄N相转变为α-Fe相,形成含氮马氏体组织,提高了材料的抗高温磨损性能。