气体渗氮工艺对NbVTi合金化灰铸铁组织与性能的影响

发布时间：2021-04-14 20:45

　　针对发动机高速重载的发展趋势,对新型NbVTi合金化灰铸铁气缸套材料进行了不同温度的气体渗氮处理。通过光学显微镜、维氏硬度计、摩擦磨损试验机、扫描电镜等手段,研究了NbVTi合金化灰铸铁气缸套表面的气体渗氮工艺对组织性能的影响。结果表明:随着渗氮温度的增加,NbVTi合金化灰铸铁气缸套的渗氮层深度都有所增加,距离表面100μm和130μm处的显微硬度先增后降。在最佳的渗氮温度570℃渗氮后,气缸套尺寸膨胀量在0.010⁰.055 mm标准范围内,渗氮层平均厚度约140μm,距离表面100μm扩散区平均硬度达到500 HV0.1以上,可满足高速重载气缸套的使用要求。气体渗氮后,气缸套的摩擦磨损性能得到了大幅提高,随着载荷的增大和速度的增加,磨损率随之增大,其磨损机理由磨粒磨损向粘着磨损转变。 

【文章来源】：金属热处理. 2020,45(08)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

气体渗氮工艺曲线

分别测量3组试样距离表面130、100μm两处的显微硬度，试验数据如图2所示。从图2中可以看出:随着渗氮温度的提高，距离表面130、100μm两处的显微硬度先增后降，当渗氮温度为550℃时，渗氮层厚度较小(<100μm)，距离表面130、100μm为基体组织，硬度约为280 HV0.1;随着温度升高到570℃，渗氮层厚度增加到140μm左右，距离表面130、100μm的组织已完成渗氮过程，生成了大量硬脆的弥散氮化物Fe2N、Fe4N等[19-20]，使显微硬度明显提高;当温度继续上升到590℃后，表面渗氮层中的氮化物将粗化并聚集，从而使渗氮层硬度略有降低。综合考虑3种温度下气缸套尺寸变化、渗氮层厚度和渗氮层硬度，550℃渗氮时，渗氮层厚度较小，不能满足试验及使用要求，不予选择;570℃渗氮时，气缸套尺寸膨胀在工艺要求的0.010～0.055 mm之内，渗氮层平均厚度为140μm，距离表面100μm扩散区平均硬度达到500 HV0.1以上，都符合生产使用要求;590℃渗氮时，渗氮层厚度较大，但气缸套尺寸变化太大，不满足生产使用要求。综上考虑，新型NbVTi合金化灰铸铁气缸套的最佳渗氮温度为570℃。

图3为新型NbVTi合金化灰铸铁气缸套经570℃渗氮处理后的显微组织。从图3(a)中可以清晰的观察到表面的白亮层，由于氮化物和基体组织的耐蚀性不同，经4%的硝酸酒精溶液腐蚀后，耐蚀的氮化物层与基体组织间存在一条明显的分界线，分界线到表面的厚度即为白亮层厚度，可直接测量得出(如表2所示)。经570℃渗氮处理后的气缸套的白亮层厚度均匀，组织致密，硬度较高，具有良好的耐磨性能。基体组织中的石墨为片状的A型石墨，在基体中均匀分布，A型片状石墨可以储存大量的润滑油，减轻气缸套运动过程中的摩擦磨损[21-22]。在基体组织和白亮层之间存在一定厚度的扩散区，扩散区同时存在基体组织和弥散的白色氮化物，深度不易通过直接观察得到，一般采用维氏硬度测试的方法获得，在图3(b)中可以看到活性氮原子沿石墨扩散形成的白色氮化物。2.4 渗氮前后的耐磨性能

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3137986