离子渗氮AISI 420马氏体不锈钢耐蚀行为研究

采用不同温度对AISI 420马氏体不锈钢进行离子渗氮处理.借助光学显微镜和X射线衍射(XRD)技术分析了渗氮层的微观组织结构,利用显微硬度计测试了渗氮层的硬度分布,通过电化学极化曲线测试和盐雾腐蚀试验研究了离子渗氮AISI 420不锈钢在模拟工业环境中的腐蚀行为.结果表明:AISI 420不锈钢350℃低温离子渗氮层由ε-Fe3N和N过饱和固溶体αN相组成,其化学稳定性高,加之固溶Cr元素的联合作用,明显提高了AISI 420不锈钢基材的腐蚀抗力.AISI 420钢经450℃和550℃渗氮处理,渗氮层中的αN分解成了α相和CrN,造成基体贫Cr,降低了基材的耐蚀性能.马氏体不锈钢低温离子渗氮处理不仅可以提高表面硬度,而且可以获得良好的耐蚀性能.     

304不锈钢低温离子渗氮和氮碳共渗工艺

在430 ℃对AISI304奥氏体不锈钢分别进行离子渗氮(PN)、离子氮碳共渗(PNC)和离子氮碳共渗加离子渗氮(PNC+PN)处理.利用金相显微镜、辉光放电光谱仪、X射线衍射仪和显微硬度计测试了试样渗层的横断面形貌、渗层成分、相组成和力学性能.结果表明,AISI304奥氏体不锈钢在430 ℃进行硬化处理时,相对于PN处理,经PNC和PNC+PN处理可以获得更高硬度、更厚渗层,但表面耐腐蚀性下降,3种处理得到的渗层中C和N的最大含量分别出现在不同深度.     

AISI 201奥氏体不锈钢低温离子渗碳

利用低温等离子体辉光放电技术对AISI 201奥氏体不锈钢进行低温离子渗碳(DCPC)处理,处理后的不锈钢表面可以形成一层无碳化铬析出的碳的过饱和固溶体(SC相)。由于渗入钢中的过饱和碳原子引起奥氏体晶格发生畸变,结果使渗层的硬度和耐蚀性都有较大幅度的提高。     

钛催渗低温离子渗氮对304不锈钢组织性能的影响

目的 在保障304奥氏体不锈钢良好耐蚀性前提下,研发显著改善表层硬度及耐磨性的低温高效离子渗氮技术。方法 低温离子渗氮时,在试样周围均匀放置微量海绵钛,研发304奥氏体不锈钢创新钛催渗低温离子渗氮技术。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线粉末衍射仪、显微维氏硬度计、摩擦磨损测试仪,以及电化学工作站等设备分别对试样截面显微组织、物相及成分、截面显微硬度、渗层耐磨性能、耐蚀性能等渗层组织性能进行测试与分析。结果 304奥氏体不锈钢在420 ℃/4 h钛催渗离子渗氮处理后,不仅保持了良好耐蚀性,且渗层耐蚀性比常规低温离子渗氮略有提升,同时,表面硬度与耐磨性大幅提高,表面硬度由常规离子渗氮的978HV0.025提升至1350HV0.025。磨损率由20.9 μg/(N.m)降低至7.4 μg/(N.m),下降了约2/3。特别有价值的是,钛催渗低温离子渗氮效率比传统离子渗氮显著提升,渗氮层厚度由常规离子渗氮的11.37 μm增厚到48.32 μm,即渗氮效率提高到常规离子渗氮的4倍以上。结论 本研究研发的钛催渗低温离子渗氮技术在保障304奥氏体不锈钢优良耐蚀性的同时,能够大幅度提升不锈钢表面硬度及耐磨性能,且具有显著的催渗效果。     

核电奥氏体不锈钢管表面低温离子硬化处理

对自主研发的用于核反应堆中Φ9. 68 mm×4000 mm的316L奥氏体不锈钢细长薄壁管低温离子氮碳共渗处理设备及工艺进行了介绍,并分析了核电不锈钢管经低温离子氮碳共渗处理后的组织和性能。结果表明:经低温离子氮碳共渗处理后,不锈钢管表层可以形成20μm以上厚度的硬化层,该硬化层是氮和碳在奥氏体中的过饱和固溶体(S相),硬度高达980 HV0.1,恒电势试验的响应均在0. 3 C/cm~2以下,各项技术指标均能满足我国核电不锈钢管的要求。     

低温盐浴氮碳共渗304奥氏体不锈钢的结构与性能

304奥氏体不锈钢经过450℃盐浴氮碳共渗4 h处理后,表面较为平滑,表层主要由含氮的S相组成;硬度达到约780 HV,耐磨性也大为提高。其抗均匀腐蚀性较差,但其抗点蚀能力优于抛光不锈钢。     

离子氮碳共渗与离子渗氮复合处理对45钢组织与性能的影响

为进一步提高渗层厚度及渗层性能,对45钢进行离子氮碳共渗与离子渗氮复合处理。采用扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和光学显微镜对渗层厚度、物相组成、截面与表面硬度、渗层脆性进行了分析。结果表明,复合处理可使45钢获得比单一离子渗氮或离子氮碳共渗更快的渗速、更优的性能。相同的处理时间下,复合处理渗层厚度比单一离子渗氮或离子氮碳共渗大幅度增加,有效硬化层比单一离子渗氮增加约35μm,提高约1倍,同时渗层脆性显著降低。物相分析表明复合处理后化合物层中ε相和γ'相的相对含量发生了变化,即ε相增多,而γ′相减少。     

Ti6Al4V合金与AISI420不锈钢表面离子渗Cr及耐磨性

为了改善钛合金和不锈钢的耐磨性,对Ti6Al4V合金和AISI420马氏体不锈钢表面进行真空辉光离子渗Cr,对比研究了合金化层的组织结构和摩擦磨损性能的相关性.结果表明,两种基材的合金化改性层厚度均达60μm以上,结构致密,结合强度高.Ti6Ai4V合金改性层由Cr沉积层、富Cr2Ti层、CrTi4层和Cr-Ti固溶层组成,其中富Cr2Ti层硬度最高,是基材的2.3倍;AISI420不锈钢渗Cr层由Cr沉积层和扩散层组成,扩散层中富含Cr23C6相,二者过渡区的硬度最高,是基材的4.5倍.表面渗Cr显著提高两种材料的耐磨性,这与渗Cr层的物相结构有关.Ti6Al4V合金的Cr沉积层和富CrTi相层均具有优异的耐磨性,而固溶层的耐磨性较差;AISI420钢基材的Cr沉积层和过渡层均具有优异的耐磨性,而扩散层的耐磨性稍差.渗Cr处理使两种基材的磨损机制均由磨粒磨损为主转化为粘着磨损为主.     

离子扩渗工艺对316L不锈钢表层组织及磁性能的影响

采用离子渗氮(PN)、离子渗碳(PC)及离子氮碳共渗(PNC)工艺对316L不锈钢进行表面硬化处理.利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、显微硬度仪和振动样品磁强计(VSM)等分析手段对处理后的试验钢组织、显微硬度及磁性能进行表征.结果表明,采用PC、PNC、PN这3种工艺处理的试验钢均...     

低温离子氮碳共渗温度对AerMet100钢摩擦学性能的影响

研究了不同温度对AerMet100钢渗氮层和氮碳共渗层的显微组织、表面硬度、渗层截面硬度梯度以及耐磨性的影响,并考察了渗层的磨损机理.结果表明,氮碳共渗层相较于渗氮层表面生成的化合物更加细小,表面更加平整光滑;离子渗氮、离子氮碳共渗处理都可显著提高AerMet100钢的表面硬度;随着温度的增加,共渗层厚度也明显增加;氮...     

Low-temperature plasma carburizing of AISI 420 martensitic stainless steel: Influence of gas mixture and gas flow rate

Low-temperature plasma carburizing was studied aiming to determine the effect of the gas mixture and flow rate on the surface properties of AISI 420 martensitic stainless steel samples. Plasma carburizing was carried out for gas mixtures of 20% Ar + 80% H₂ comprising CH₄ contents between 0.25 and 1.00%, and gas flow rates ranging from 1.67 × 10^− 6 to 6.68 × 10^− 6 Nm³ s^− 1. The modified layers were characterized by confocal laser scanning microscopy, X-ray diffractometry and microhardness measurements. The plasma was also characterized by optical emission spectrometry. Results indicate the presence of a hard and thin outer layer and a carbon-enriched martensite diffusion layer. It is shown that gas mixture composition plays an important role in the process kinetics. Spectroscopic characterization of the glow discharge shows that the variation of the CH₄ content in the gas mixture leads to a variation of the emission lines intensity but does not significantly alter the relative peak intensities. It suggests a variation on the plasma density and no significant variation on the active species. It also indicates that, for the studied conditions, the emission spectroscopy cannot be applied as a tool for process control.     

沉淀硬化不锈钢表面低温等离子渗碳层组织结构和性能

本研究对15-5PH和17-4PH沉淀硬化不锈钢进行了460 ℃等离子体渗碳处理。利用金相观察、X射线衍射分析对渗碳层组织和相结构进行表征,采用显微硬度计测量渗碳层的硬度,通过极化曲线研究渗碳层在3.5 wt% NaCl溶液中的耐蚀性能。结果表明,经等离子渗碳后,15-5PH和17-4PH不锈钢表面均形成了“双层”组织,渗层主要由含碳“膨胀”马氏体α′_C和少量Fe₃C相组成,渗碳后不锈钢硬度均显著提高。在本试验条件下,渗碳后不锈钢试样的耐蚀性均略有下降,其中15-5PH和17-4PH不锈钢,随着渗碳时间增加,耐蚀性均没有明显变化,而随着渗层深度的增加,15-5PH不锈钢表面渗碳层的耐蚀性逐渐变差;而17-4PH不锈钢表面渗碳层的耐蚀性先增加后降低。     

Delayed cracking in plasma nitriding of AISI 420 stainless steel

The phenomenon of delayed cracking in nitrided layers after DC-plasma nitriding of AISI 420 steel has been observed by optical microscopy. Prior to the plasma treatment, the samples were austenitized at 1303 K for 30 min and then oil quenched. Two tempering conditions were assessed: one group was tempered at 673 K, while another group was tempered at 943 K.All samples were subjected to sputtering, in the plasma chamber, to remove the passive oxide layer, under a 1:1 Ar/H₂ atmosphere. Finally, specimens were plasma nitrided at 673 K for 20 h, with a 1/3: N₂/H₂ relation, at a pressure of 6.5 hPa and 700 V bias in the nitriding chamber.The nitrided layers were analyzed initially by X-ray diffraction (XRD). Detailed observations were conducted at frequent and regular intervals under optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM) with secondary and back-scattered electrons detectors. The results revealed that after an incubation time, even without any external disturbance, cracks are formed and propagate in the nitrided layers. Both groups of samples were equally affected. The presence of precipitated particles and local residual stresses are possible causes of such a phenomenon.     

渗扩时间比对AISI 316不锈钢渗氮层组织与性能的影响

采用真空两段渗氮工艺,在不同的强渗、扩散时间下对AISI 316不锈钢进行渗氮处理,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、显微硬度测试和摩擦磨损试验等分析了渗氮层的组织和性能。结果表明,经过12 h的真空渗氮后,AISI 316不锈钢表面形成了一层由γ′-Fe₄N、ε-Fe_2-3N和CrN等相组成的渗氮层,其表面硬度和耐磨性能相较于基体均有明显的提高。其中,渗扩时间比为1∶1(强渗6 h、扩散6 h)时的渗层厚度约为96 μm,表面硬度约为1069 HV0.5,是基体表面硬度的4.5倍,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/3;渗扩时间比为1∶2(强渗4 h、扩散8 h)时的渗层厚度约为120 μm,ε-Fe_2-3N相衍射峰增强,在20 N载荷下的磨损量约为基体的1/30。延长扩散时间能增加渗氮层厚度,改善表面形貌,进一步提高不锈钢的耐磨性。     

离子渗碳温度对316L不锈钢渗层组织和性能的影响

利用低温离子渗碳技术.在不同温度下对AISI 316L奥氏体不锈钢进行渗碳处理.利用光学显微镜、显微硬度计、XRD以及电化学测试技术研究了渗碳温度对不锈钢表面显微组织和性能的影响.结果表明,渗碳温度显著影响AISI 316L奥氏体不锈钢渗碳层的组织结构与性能.渗碳温度在400～550℃之间时,可以获得无碳化物析出的、具有单一γ_c相结构的渗碳层;渗碳温度在550℃时,渗碳层为γ相+Cr_(23)C_6+Cr_7C_3+Fe_3C+Fe_2C的混合组织.渗碳层的厚度与硬度均随渗碳温度的升高而增加.550℃是AISI 316L奥氏体不锈钢中铬的碳化物析出的临界温度.为了避免铬的碳化物析出而降低不锈钢的耐蚀性能.奥氏体不锈钢渗碳必须在低于550℃的渗碳温度下进行.     

The effect of heat treatment on mechanical properties and corrosion behavior of AISI420 martensitic stainless steel

Martensitic stainless steels are widely used for their good mechanical properties and moderate corrosion resistance. However, the need for superior properties in specific applications (e.g. steam generators, mixer blades, etc.) led to wide researches on the performance improvement of these steels. Heat treatment was recommended as one of the best ways to this regard hence the effects of astenitizing temperature and time, and tempering temperature on the microstructure, mechanical and corrosion properties of AISI420 have been studied. In the current work the experimental results showed that the austeitizing temperature significantly affects mechanical properties. The increase of tempering temperature led to precipitation of M₇C₃ and secondary hardening in the range of 400-500 °C. SEM micrographs of the fracture surfaces showed a mixed fracture mechanism (brittle and ductile) at 200 °C and 700 °C and brittle mechanism at 500 °C. The Polarization curves were not significantly affected by the increment of austenitizing temperature.     

离子渗氮对304不锈钢组织和性能的影响

为了提高旋振筛机在筛分锂能电池的正、负极材料时的使用寿命和物料的纯洁度,研究了304不锈钢试块在520 ℃下离子渗氮时间对其组织、硬度和耐蚀性能的影响。利用维氏显微硬度计和光学显微镜对渗氮层进行了硬度和深度测试,用球盘式旋转摩擦磨损试验机对渗氮层进行了摩擦磨损性能测试,用电化学工作站进行了耐蚀性能测试,并用X射线衍射仪对试样渗层进行了物相分析。结果表明,相比未经渗氮处理,304不锈钢试块经过渗氮处理后,渗层30 μm深度处的硬度提高了5~6倍,渗层相对耐磨性为未经处理的24.5倍;尽管耐盐蚀性能降低,但其耐碱蚀性能提高。考虑到锂能电池的正极材料偏碱性和负极材料中性特点,旋振筛机上的304不锈钢网架和筛框经过离子渗氮处理后既可以大大提高旋振筛机的使用寿命,还能提高所筛分物料的纯洁度。