低碳钢气体渗氮/氮碳共渗工艺及其渗层改性研究
发布时间：2021-12-17 22:44
氮碳共渗是在工件表面同时渗入氮、碳元素的工艺过程。渗氮及氮碳共渗的目的是为了提高钢铁件的表面硬度、耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性及抗咬合性。低碳钢在渗氮或氮碳共渗中非常容易形成脆性化合物层,且化合物表层普遍存在孔洞和裂纹等疏松的组织缺陷,致使渗层的韧性和耐磨性较差。针对这一系列问题,本文首先探索制备出致密的、N浓度分布均匀的化合物层试样的渗氮工艺,然后对不同工艺渗氮试样进行后续热处理改性研究。重点研究了渗氮/氮碳共渗后直接随炉升温在保护气氛下进行奥氏体化处理,最后对淬火试样进行低温时效处理,即对低碳钢实施氮碳共渗+奥氏体化+低温时效的复合工艺制度（AAN-T复合工艺）。利用金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）、透射电镜（TEM）及性能测试仪器,探究了低碳钢气体渗氮/氮碳共渗层以及其经后续热处理改性后的微观组织结构和性能。主要得到以下结论：（1）在纯氨气体渗氮中,气体渗氮气氛中的氮化势对化合物层的影响规律随渗氮温度的改变有所不同。当渗氮温度不高于550℃时,高氮化势显著增加化合物层厚度；当渗氮温度不低于580℃时,尽管低氮化势延迟化合物层的形成...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３铁素体寒氛时気含量与患层相巧成的关系ｗ??１．２．３气体氮碳共渗原理??
滲氮层厚度随渗氮时间延长而增加，且符合抛物线法则，即渗氮初期渗氮层生长??速度较大，随后逐渐减小。潘健生等人［１０，１．１］认为采用短时渗氮可Ｗ获得致密的化??合物层组织，图１．４表明［１０］４５钢在５６ＣＴＣ条件下渗氮其化合物层总厚度及其致密??区疏松区与渗氮时间的关系，渗氮〇．５ｈ后就形成了连续分布的化合物层，此后随??渗氮时间延长而增厚，基本上符合抛物线规律。随着渗氮时间的延长，化合物层??表面出现疏松区。进一步延长渗氮时间疏松区增厚的速度大致和化合物层总厚度??的增长速度一致，致密区的厚度则未见增长。因此，直接采用短时渗氮工艺就可Ｗ??得到一定厚度内的致密化合物层，进一步提高炉气中的氮化势（即降低氨的分解率??或者増大通氨量），可在短时间内提高渗氮的速度（一般氨分解率保持在４５％??？５０％），故采用短时高氮化势工艺渗氮是非常可取的。本文实验也证实了这一规??律，并将该规律运用在ＡＡＮ－Ｔ复合工艺的氮碳共渗阶段，获得了一些新的认识??和突破。??皇?４０?－?／－＊－＊＊＂＊??ｄｓｏ－??费?２０?．??ｇ?Ｐｕｆｆ?ｚｏｎｅ??召巧－?／???—???這?Ｄｅｎｓｅ?ｚｏｎｅ??０?４?８?１２?１６??Ｔｉｍｅ?ｏｆ?ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ?（ｈ）??图１．４?４５钢在５６０‘Ｃ条件下渗氮其化合物层总厚度及其致密区疏松区与渗氮时间的关系??渗氮过程中Ｆｅ基体作为ＮＨ３发生有效碰撞后分解的触媒
有理论意义。??事实上，早在２０世纪３０年代，Ｌｅｈｒｅｒ等人通过热处理实验及分子热力学理??论计算对氨组分与稳态析出相的关系式的作了一系列描述（见图１．５），后被Ｊａｃｋ??和Ｂｅｌｌ等人大量引用【２ｌ，２２，２４】。一般认为渗氮炉气中Ｎ出成分越高，则形成丫＇－Ｆｅ４Ｎ??甚至是ｓ－ＦｅｗＮ相的可能性越大，或者说促使ａ－Ｆｅ（Ｎ）向含氮奥氏体或者是Ｆｅ－Ｎ化??合物转变的驱动力越大。因此，工业上认为减小渗氮炉中Ｎ化的分解率就可Ｗ提??高渗氮的效率，而常采用的办法是提髙通氨流量或者增大氨压值口，３，ｉＤ，ｉｉ，ｉ７］。??８０?－??２?ｃ－Ｆ巧Ｎ??兰?６０－?Ｘ??ｉ?＼?Ｎ．??〇ｌ?１?ｉ?Ｉ———Ｉ??３００?４００?５００?６００?７００?６００??Ｔｅｍｐｅｒａ?ｔｕｒｅ＾Ｃ??图１．５不同温度和ＮＨ３／Ｈ２下的析出相变化情况口Ｗ２，２４］??自?１９７６?年?Ｊａｃｋ口７－２９］等人陆续提出了＂ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，嘴＂ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ?ｐｏｋｎｔｉａｌ＂??的概念之后
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷却方式及时效处理对580℃气体渗氮层的影响[J]. 伍翠兰,田磊,洪悦,王津,陈兴岩. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[2]氮势对0.25C-2.5Cr-Mo钢气体渗氮后磨损性能的影响[J]. 许文花,肖桂勇,贾永敏,吕宇鹏. 材料热处理学报. 2013(S2)
[3]An Electron Microscopy Study of Vein-like Grain Boundary Microstructure in Nitrocarburized Low Carbon Steels[J]. Wanglin Chen,Cuilan Wu,Jianghua Chen,Aigui He. Journal of Materials Science & Technology. 2013(07)
[4]关于渗氮—氮碳共渗产品化合物层疏松（不致密）的检测[J]. 杨凌平,张相如. 汽车齿轮. 2013 (01)
[5]08F钢离子软氮化扩散层中γ’-Fe4（C,N）形态及晶体学取向关系[J]. 何爱贵,陈汪林,伍翠兰. 电子显微学报. 2012(01)
[6]金属合金等温相变的体激活能及相变机制 Ⅰ．钢的中温（贝氏体）等温相变[J]. 康沫狂,张明星,刘峰,朱明. 金属学报. 2009(01)
[7]气体渗氮中的氮势控制[J]. 赵茂程,潘一凡,陆荣鉴. 热加工工艺. 2005(05)
[8]纯铁离子渗氮扩散层中α″→γ′氮化物的转变[J]. 黑祖昆,刘志权,许晓磊,李斗星,关若男. 金属学报. 2001(07)
[9]高氮钢的熔炼及试生产技术[J]. 周灿栋,丁伟中,蒋国昌. 包头钢铁学院学报. 1999(S1)
[10]材料、装炉量和氨分解率对气体渗氮效果的影响[J]. 赖福贵. 金属热处理. 1999(01)
本文编号：3541093
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３铁素体寒氛时気含量与患层相巧成的关系ｗ??１．２．３气体氮碳共渗原理??
滲氮层厚度随渗氮时间延长而增加，且符合抛物线法则，即渗氮初期渗氮层生长??速度较大，随后逐渐减小。潘健生等人［１０，１．１］认为采用短时渗氮可Ｗ获得致密的化??合物层组织，图１．４表明［１０］４５钢在５６ＣＴＣ条件下渗氮其化合物层总厚度及其致密??区疏松区与渗氮时间的关系，渗氮〇．５ｈ后就形成了连续分布的化合物层，此后随??渗氮时间延长而增厚，基本上符合抛物线规律。随着渗氮时间的延长，化合物层??表面出现疏松区。进一步延长渗氮时间疏松区增厚的速度大致和化合物层总厚度??的增长速度一致，致密区的厚度则未见增长。因此，直接采用短时渗氮工艺就可Ｗ??得到一定厚度内的致密化合物层，进一步提高炉气中的氮化势（即降低氨的分解率??或者増大通氨量），可在短时间内提高渗氮的速度（一般氨分解率保持在４５％??？５０％），故采用短时高氮化势工艺渗氮是非常可取的。本文实验也证实了这一规??律，并将该规律运用在ＡＡＮ－Ｔ复合工艺的氮碳共渗阶段，获得了一些新的认识??和突破。??皇?４０?－?／－＊－＊＊＂＊??ｄｓｏ－??费?２０?．??ｇ?Ｐｕｆｆ?ｚｏｎｅ??召巧－?／???—???這?Ｄｅｎｓｅ?ｚｏｎｅ??０?４?８?１２?１６??Ｔｉｍｅ?ｏｆ?ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ?（ｈ）??图１．４?４５钢在５６０‘Ｃ条件下渗氮其化合物层总厚度及其致密区疏松区与渗氮时间的关系??渗氮过程中Ｆｅ基体作为ＮＨ３发生有效碰撞后分解的触媒
有理论意义。??事实上，早在２０世纪３０年代，Ｌｅｈｒｅｒ等人通过热处理实验及分子热力学理??论计算对氨组分与稳态析出相的关系式的作了一系列描述（见图１．５），后被Ｊａｃｋ??和Ｂｅｌｌ等人大量引用【２ｌ，２２，２４】。一般认为渗氮炉气中Ｎ出成分越高，则形成丫＇－Ｆｅ４Ｎ??甚至是ｓ－ＦｅｗＮ相的可能性越大，或者说促使ａ－Ｆｅ（Ｎ）向含氮奥氏体或者是Ｆｅ－Ｎ化??合物转变的驱动力越大。因此，工业上认为减小渗氮炉中Ｎ化的分解率就可Ｗ提??高渗氮的效率，而常采用的办法是提髙通氨流量或者增大氨压值口，３，ｉＤ，ｉｉ，ｉ７］。??８０?－??２?ｃ－Ｆ巧Ｎ??兰?６０－?Ｘ??ｉ?＼?Ｎ．??〇ｌ?１?ｉ?Ｉ———Ｉ??３００?４００?５００?６００?７００?６００??Ｔｅｍｐｅｒａ?ｔｕｒｅ＾Ｃ??图１．５不同温度和ＮＨ３／Ｈ２下的析出相变化情况口Ｗ２，２４］??自?１９７６?年?Ｊａｃｋ口７－２９］等人陆续提出了＂ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ｐｏｔｅｎｔｉａｌ，嘴＂ｎｉｔｒｉｄｉｎｇ?ｐｏｋｎｔｉａｌ＂??的概念之后
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷却方式及时效处理对580℃气体渗氮层的影响[J]. 伍翠兰,田磊,洪悦,王津,陈兴岩. 湖南大学学报(自然科学版). 2015(12)
[2]氮势对0.25C-2.5Cr-Mo钢气体渗氮后磨损性能的影响[J]. 许文花,肖桂勇,贾永敏,吕宇鹏. 材料热处理学报. 2013(S2)
[3]An Electron Microscopy Study of Vein-like Grain Boundary Microstructure in Nitrocarburized Low Carbon Steels[J]. Wanglin Chen,Cuilan Wu,Jianghua Chen,Aigui He. Journal of Materials Science & Technology. 2013(07)
[4]关于渗氮—氮碳共渗产品化合物层疏松（不致密）的检测[J]. 杨凌平,张相如. 汽车齿轮. 2013 (01)
[5]08F钢离子软氮化扩散层中γ’-Fe4（C,N）形态及晶体学取向关系[J]. 何爱贵,陈汪林,伍翠兰. 电子显微学报. 2012(01)
[6]金属合金等温相变的体激活能及相变机制 Ⅰ．钢的中温（贝氏体）等温相变[J]. 康沫狂,张明星,刘峰,朱明. 金属学报. 2009(01)
[7]气体渗氮中的氮势控制[J]. 赵茂程,潘一凡,陆荣鉴. 热加工工艺. 2005(05)
[8]纯铁离子渗氮扩散层中α″→γ′氮化物的转变[J]. 黑祖昆,刘志权,许晓磊,李斗星,关若男. 金属学报. 2001(07)
[9]高氮钢的熔炼及试生产技术[J]. 周灿栋,丁伟中,蒋国昌. 包头钢铁学院学报. 1999(S1)
[10]材料、装炉量和氨分解率对气体渗氮效果的影响[J]. 赖福贵. 金属热处理. 1999(01)
本文编号：3541093
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