45钢表面含钛高速钢渗层的研究

在45钢表面进行W、Mo、Ti离子三元共渗，以形成类似高速钢成分的合金化渗层；对该合金化渗层进行渗碳、淬火、回火处理。结果表明，离子渗金属后，渗层组织为合金铁素体，表面合金元素浓度(质量分数，％)为8W、10Mo、1．8Ti；渗层经渗碳后，显微组织为粒状合金珠光体 不同形状的合金碳化物，合金碳化物的分布与普通高速钢相比更为细小、弥散、均匀；渗碳试样经淬火、回火处理后，渗层显微组织为回火马氏体和均匀细小的粒状碳化物，合金碳化物为M。C(Fe，w，C)、M。C，[(FewMo)7C3]和MC(TiC、r-MoC)，硬度为800～890HV0．1(相当于64～67HRC)，红硬性为760HV0．1左右(相当于63HRC)。     

加弧辉光放电等离子表面合金化

介绍了加弧辉光离子渗金属装置及基本原理在辉光离子渗金属装置中,引入冷阴极电弧源,实现了快速渗金属,已成功地在普通碳钢表面渗入Ti,Al及Cr—Ni等合金元素,同时分析了10钢渗Ti处理后的渗层组织特征、成分分布、相组成及工艺参数对渗层的影响     

等离子表面W、Mo、Y共渗制备强化层的研究

利用等离子表面冶金技术在Q235钢表面进行W、Mo、Y共渗,然后对共渗层进行离子氮化处理得到强化层.用金相显微镜、能谱仪、XRD对共渗层及强化层的组织、结构、成分和物相进行检测分析.结果表明:共渗层组织为柱状晶,W、Mo合金元素的含量由表及里逐渐减小,Y元素分布不均匀;共渗层由Fe3Mo、Fe17Y2和(W、Mo、Y)在α-Fe中的固溶体等物相组成;共渗层离子氮化后的强化层有大量氮化物弥散分布,主要物相为Fe4N、Fe3Mo、MoN、Mo2N、W2N和WN等.通过对比发现,Y元素的加入使强化层硬度提高100HV0.1左右;在磨粒磨损的条件下,强化层耐磨性比对比试样提高1.58倍.     

双层辉光等离子表面冶金技术

在离子渗氮技术的基础上,发展了双层辉光离子渗金属技术.该技术已成功地将固态合金元素如Ni, Cr, Mo, W, Ti, Al, Nb, Zr以及它们的组合渗入金属材料表面,形成一系列高硬度、耐磨、抗腐蚀合金层.例如在钢铁材料表面形成高速钢和镍基合金;在钛合金表面形成阻燃及耐磨合金等.该技术已获美、英、加等多国专利.本文简要介绍双辉技术的基本原理、主要工艺参数、主要研究结果和应用等.     

含铝超低W、Mo高速钢的组织和性能

研究了在现有低合金高速钢基本成分基础上，进一步降低W、Mo等价格较贵的稀有合金元素的含量，同时加入廉价的Al和微量N、Nb、RE等元素的超低合金高速钢的组织与性能。利用光学显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及能谱（EDS）分析了超低W、Mo高速钢的显微镜组织及微区成分。对钢的硬度、回火稳定性和耐磨性等性能进行了试验。研究了Al含量对含Al超低合金高速钢热处理工艺及红硬性的影响。     

超硬高速钢的表面冶金工艺研究

利用双辉等离子渗金属技术在低合金钢20CrV2表面进行W-Mo-Co多元共渗及等离子渗碳复合处理，使合金层接近钴系超硬高速钢成分。研究了合金钢的表面冶金工艺和渗层组织状态、渗层成分分布以及渗金属工艺参数对渗层厚度和渗层成分分布的影响。结果表明，表层W、Mo、Co的含量（质量分数）可分别达到11％、6％、13％，渗层形成的主要相为α相、金属间化合物（μ相）以及三种合金碳化物。     

W-Mo-Dy三元共渗合金层的研究

采用双辉等离子渗金属技术,在20钢表面进行W-Mo-Dy三元共渗.探讨了气压、保温时间、温度对合金渗层厚度的影响,并获本试验条件下的最佳工艺参数.对合金渗层金相显微组织和形成机理进行分析;用能谱仪检测合金元素的浓度和分布;用XRD分析合金渗层物相.结果表明:在本试验条件下最佳工艺参数为气压30 Pa,保温时间4.5h,温度1020℃,获得的共渗合金层厚度约115 μm;合金渗层中W、Mo合金元素含量随到试样表面的距离增加而减少,呈梯度分布;由于稀土的较大原子半径与核外电子的极化作用使得Dy分布不规律;合金渗层的物相主要为Fe( Mo,W,Dy)、Dy2O3和少量的DyFe10Mo2等.     

W-Mo-Y等离子共渗合金层的研究

研究Q235钢表面等离子W-Mo-Y共渗层的组织、成分、结构、显微硬度,计算渗层中不同位置、浓度下的W、Mo原子扩散系数。结果表明：渗层组织为柱状晶,W、Mo元素呈梯度分布,Y的分布不均匀。共渗层主要结构相为钨钼在α-Fe中的固溶体和Fe17Y2,共渗层显微硬度最高256 HV0.05;Y元素降低表面W、Mo的活度,W、Mo合金元素的化学势变小,表面与基体之间的化学梯度减小,W、Mo原子扩散速率减慢;W-Mo-Y共渗层厚度要比W-Mo共渗层厚度薄;通过Fick第二扩散定律计算表明,在W-Mo-Y共渗和W-Mo共渗时,不同渗层中的W、Mo扩散系数有所不同,但属同一数量级即：10-13～10-14之间。     

Ti-Cu表面阻燃钛合金研究

利用双层辉光离子渗金属技术，在Ti-6Al-4V的表面渗入Cu元素，在其表面形成Ti-Cu阻燃合金层。阻燃合金层的成分及硬度呈梯度分布，显微组织为基体组织加弥散分布的Ti2Cu金属间化合物。初步阻燃试验证明，渗铜合金层起到了预期的阻燃效果。     

等离子表面复合渗合金层碳化物相的研究

利用等离子表面合金化技术，在碳钢表面进行W、Mo、C共渗，共渗合金层中W当量质量分数超过10％，含碳量超过平衡碳计算值，碳饱和度达1．6以上，约是一般冶金高速钢碳饱和度的两倍。用X射线衍射分析了共渗合金层中碳化物的结构类型；用电子探针进行微区成分分析，测定碳化物的成分，并计算了碳化物中碳原子与合金元素之间的原子比。结果表明，共渗合金层中的碳化物主要是由合金元素W、Mo和C形成的M6C型碳化物及少量的M2C型碳化物。M6C型碳化物中碳原子与合金元素之间的原子比为1．6～3．2：1平均为2．4。与一般冶金低合金高速钢中的合金元素与碳原子比相比较，范围窄，且偏低。     

TC4合金等离子钼基合金化改性层摩擦磨损性能研究

利用双层辉光等离子渗金属技术在Ti6Al4V(TC4)上制备钼基改性层以提高材料的摩擦磨损性能。对改性层的组织结构元素分布和显微硬度进行了测试,并采用球-盘滑动磨损试验机对渗层进行摩擦磨损性能测试。结果表明:Ti6Al4V合金表面经过渗Mo、W-Mo及W-Mo-N共渗都可以形成致密、均匀的表面合金改性层;通过三种表面改性后,钛合金的表面硬度都有不同程度提高,其中W-Mo-N共渗表面硬度提高最大,达1504 HV。在较短滑动距离内,渗钼改性层摩擦系数最小,W-Mo-N共渗次之,W-Mo共渗最大。随着摩擦的深入,渗钼改性层摩擦系数很快升高,超过W-Mo改性层。渗钼改性层磨损表现为磨粒磨损和粘着磨损,W-Mo和W-Mo-N共渗都降低了材料的粘着现象,W-Mo-N共渗最为显著。     

Surface alloying of Cu with Ti by double glow discharge process

The surface of pure copper alloyed with Ti using double glow discharge process was investigated. The morphology, structure and forming mechanism of the Cu-Ti alloying layer were analyzed. The microhardness and wear resistance of the Cu-Ti alloying layer were measured, and compared with those of pure copper. The results in-dicate that the surface of copper activated by Ar and Ti ions bombardment is favorable to absorption and diffusion of Ti element. In current experimental temperature, as the Ti content increases, the liquid phase occurs between the deposited layer and diffused layer, which makes the Ti ions and atoms easy to dissolve and the thickness of Cu-Ti al-loying layer increase rapidly. After cooling, the structure of the alloying layer is composed of CuTi, Cu4Ti and Cu(Ti) solid solution. The solid solution strengthening and precipitation strengthening effects of Ti result in high surface hardness and wear resistance.     

TC4合金表面TiNi/Ti2Ni改性层不同载荷滑动干摩擦性能研究

利用等离子表面合金化技术在Ti6Al4V合金表面制备了TiNi/Ti2Ni合金层,考察了合金层的表面形貌、成分分布、截面组织形貌、相结构。采用球盘磨损试验机分析了TiNi/Ti2Ni合金层在不同载荷下的滑动干摩擦学性能,并与基体进行对比。结果表明,基体和TiNi/Ti2Ni合金层磨损机制主要表现为磨粒磨损。在同一磨损条件下,TiNi/Ti2Ni合金层的摩擦系数略低于基体,耐磨性优于基体。TiNi/Ti2Ni合金层在不同载荷的摩擦系数接近,在0.29~0.32之间波动。随着载荷的增加,磨损率增加。     

Ti6Al4V钛合金表面Zr-N合金化层的抗高温摩擦磨损性能

为了改善钛合金的高温耐磨性能,采用锆-氮离子共渗与异步渗(渗锆后再氮化处理)两种工艺技术分别在Ti6A14V钛合金表面制备致密的锆-氮合金化改性层,对比研究了合金化层的组织结构特征和高温摩擦磨损性能.结果表明,两种工艺制各的Zr-N合金层表面均由ZrN相组成,异步渗改性层的内层则包含较厚的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.同样温度和处理时间条件下,异步渗合金化层的厚度约为锆-氮共渗合金化层厚度的6倍,且氮化物层也较厚,原因归于前者处理过程中Zr与Ti之间良好固溶特性的充分发挥及ZrN相的扩散障作用的有效抑制.300℃高温下球盘摩擦磨损试验结果表明,由于锆-氮共渗合金化层深度较小,因而改善钛合金基材耐磨性能的效果相对较低.锆-氮异步渗处理则使Ti6A14V钛合金耐磨性能显著提高,摩擦因数降低50％以上,比磨损率降低2个数量级,原因归于该类合金化层高的表面硬度、大的层深、良好的高温抗氧化性能及优异表面承载能力的有机匹配.     

γ-TiAl合金表面辉光等离子Ni-Cr共渗层的组织与性能

采用双层辉光等离子表面冶金技术在γ-TiAl合金表面进行Ni-Cr共渗处理,形成均匀致密的Ni-Cr合金层,通过SEM、EDS、XRD等对其渗层显微组织、化学成分和相结构进行分析,并测试了合金层的显微硬度及耐磨性。结果表明,合金层有效渗层厚度为25μm,主要由Cr2 Ti、AlTi、Cr、NiTi2、Cr1.75 Ni0.25 Ti等相组成;合金层中合金元素Cr和Ni由表及里呈梯度分布,合金层与基体结合牢固;合金层的显微硬度、动态硬度及摩擦磨损性能显著高于基体。     

Ti6Al4V钛合金表面激光合金化制备Ti-Cu合金层的组织结构

采用激光合金化技术在Ti6Al4V合金基体表面制备了厚度约为120 μm均匀致密连续的Ti-Cu合金层,分析了合金层的元素分布和显微组织结构。结果表明,Ti-Cu合金层中Cu元素随着合金层深度呈梯度分布,在靠近Ti-Cu合金层表面的区域主要是柱状晶夹杂着少量的块状晶,中上部区域主要是生长取向各异且较粗的不发达枝状晶和部分胞状晶,中下部区域主要是生长取向各异的胞状晶,合金层与基材的界面处主要以细小的平面晶为主。合金化层中Cu元素和Ti元素除了形成固溶体外,还形成了Ti₂Cu、Ti₃Cu和Cu₃Al₄等金属间化合物,同时还形成了Cu₃TiO₄和Al₂TiO₅等金属陶瓷相。     

V、Ti合金化对玻璃模具材料抗氧化及耐热疲劳性的影响

通过测试不同V/Ti比条件下蠕墨铸铁玻璃模具材料的抗氧化及热疲劳性能,研究了蠕墨铸铁的钒、钛合金化工艺,并探讨了影响这些性能的因素.结果表明,在V、Ti变化范围内,V/Ti比为1.63时蠕墨铸铁具有较均匀的铁素体基体+蠕虫状石墨组织,以及良好的热物性.     

合金元素对新型Co-Al-W合金热腐蚀行为的影响

研究了由γ'-Co₃(Al,W)相沉淀强化的新型钴基Co-Al-W 高温合金在800℃、75% Na₂SO₄+25% NaCl熔盐中的热腐蚀动力学及合金元素Mo、Nb、Ta和Ti对合金热腐蚀行为的影响。研究发现,2Mo、2Nb、 2Ta和2Ti合金比9.8W合金具有更好的抗热腐蚀能力,Mo和Ti对提高合金耐热腐蚀能力的效果比Ta和Nb显著。加入合金元素的合金热腐蚀膜由三层组成,即主要由Co氧化物CoO和Co₃O₄组成的腐蚀膜外层,由合金元素、Al、 Co及W复杂氧化物组成的中间过渡层和由Al、Co氧化物组成的腐蚀膜内层。随着腐蚀时间的增加,中间过渡层厚度逐渐增加,热腐蚀膜内、外层厚度变化不大,但内层致密性逐渐增加。     

Surface alloying of AISI 1045 steel in a nitrogen environment using a gas tungsten arc process

The effects of varying the addition of nitrogen to the shielding gas during GTA (gas tungsten arc) surface alloying of an AISI 1045 steel substrate with a preplaced layer of ferrotitanium (FeTi) powder were investigated. The penetration and cross-sectional area of the alloyed layers increased with the nitrogen content in the shielding gas. Different nitrogen contents in the shielding gas also caused the formation of two main microstructures: (1) TiN dendrites distributed in a ferrite(α)–Fe₃C matrix at a high nitrogen content and (2) Ti(C_xN_y) in a matrix of ferrite(α) and eutectic structure of ferrite(α) and Fe₂Ti at a low nitrogen content. Specimen melted under pure argon (0 vol% N₂) was comprised of TiC in a matrix of ferrite(α) and eutectic structure of ferrite(α) and Fe₂Ti. The latter also showed the highest hardness, which could be attributed to the presence of the fine eutectic structure and low dilution of the layer.     

低合金高强钢焊缝强韧性研究

通过焊丝向焊缝中加入不同合金元素，研究这些合金元素对焊缝强度、冲击韧性尤其是低温冲击韧性的影响。结果表明．尽管所加合金元素不同，焊缝金属冲击功与温度关系曲线上平台能均具有较高水平，但焊缝金属低温冲击韧性受合金化程度的影响较大。采用Ti、B及M等元素多元合全化的焊缝金相组织中针状铁素体比例高，具有较高的低温冲击韧性和强度。