4Cr5MoSiV1热作模具钢循环渗氮及热疲劳行为研究

针对4Cr5MoSiV1热作模具钢在使用过程中经受熔融铝液及冷却液的循环冲击,在热应力作用下容易产生热疲劳失效的问题。采用可控循环气体渗氮的方法分别在回火态和热疲劳态模具钢表面制备无铁氮化合物和有化合物的渗层,进行热疲劳性能测试。结果表明:循环渗氮制备的无化合物的渗层可以有效延缓热疲劳裂纹的萌生,抗热疲劳性能优于有化合物的渗层。同时,在裂纹产生前进行二次渗氮可以补充氮原子,重置压应力并增加硬度,进一步提升热疲劳抗性。

冷轧带钢渗氮铁锅开裂剥落原因分析及改进措施

在采用某公司生产的厚度为1 mm的XLQ01冷轧带钢制作铁锅的过程中,经渗氮处理后出现开裂问题,铁锅经碰撞后渗氮层易剥落。本研究采用扫描电子显微镜、直读光谱仪、金相显微镜等检测手段对渗氮铁锅样品的断口微观形貌、化学成分、金相组织及原材料的表面粗糙度、化学成分、金相组织、晶粒度进行分析,结果表明,渗氮铁锅开裂剥落的原因主要有以下两个方面:一方面,渗氮开裂样品中存在粗大的原始组织和穿晶分布的针状氮化物,破坏了基体的连续性,增加了表面层脆性及切口敏感性,在外力作用下导致开裂;另一方面,原材料表面粗糙度大,渗氮温度高,渗氮层疏松,在压应力作用下导致渗氮层开裂剥落。本研究针对渗氮铁锅开裂剥落的原因提出了相应的改进措施,有效避免了渗氮铁锅开裂剥落。

油泵齿圈气体氮碳共渗工艺的研究与应用

为了解决油泵齿圈氮碳共渗硬度不足、心部组织不均匀等问题,通过对制造流程中热加工关键工艺的改进和质量控制,提高原材料淬透性、晶粒度指标,以及锻后正火、去应力和调质预备热处理工艺的改进,优化了基体心部组织、硬度及散差;氮碳共渗由水冷改进为气冷,使表面硬度提高、渗层深度增大、变形减小,产品热处理质量水平得到提高,一致性得到了保证。

低温液体氧氮化对奥氏体不锈钢磨损行为的影响

[目的]奥氏体不锈钢被广泛用于制造各种航空电子装备零部件,但其硬度和耐磨性欠佳。[方法]采用低温液体氧氮化技术对304奥氏体不锈钢进行表面改性处理。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、维氏硬度计等分析了所得复合改性层的微观组织和截面显微硬度分布,通过摩擦磨损试验探究了表面改性层的耐磨性。[结果]低温液体氧氮化表面改性层由外侧致密的Fe_(3)O_(4)相和内侧富氮S相构成。S相是含氮过饱和固溶体,含有大量位错、层错和孪晶,因此硬度较高。载荷和温度会影响不锈钢样品的磨损行为,温度升高和载荷增大都会使304奥氏体不锈钢样品和低温液体氧氮化样品的平均摩擦因数轻微下降,磨损体积损失增大。不过低温液体氧氮化处理能够缩短304奥氏体不锈钢样品初始磨损阶段的持续时间,使其在载荷10 N、温度200℃条件下的最大磨损体积损失由1.086 mm^(3)降至0.144 mm^(3)。[结论]低温液体氧氮化处理能够显著提高304奥氏体不锈钢的耐磨性。

钛合金的渗氮工艺及机理研究进展

对钛合金的气体渗氮、真空渗氮、离子渗氮、激光渗氮、稀土催化渗氮、复合渗氮等工艺的研究现状进行了全面梳理,重点阐述了渗氮温度、渗氮时间、气压、氮含量、间歇周期、渗氮气氛、激光功率、扫描速度等工艺参数对钛合金渗氮层组织和性能的影响,详细分析了渗氮层显微组织的演变规律和性能提升的机理。最后,介绍了目前发展的新型钛合金渗氮工艺,总结了实际生产中钛合金各渗氮工艺的优缺点以及应用中存在的问题,并对未来钛合金渗氮工艺的发展方向进行了一定的展望,以期为钛合金渗氮层性能优化与表面强化技术的发展提供有益借鉴。

渗氮时间对G13Cr4Mo4Ni4V钢组织及硬度的影响

对渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗氮热处理,研究渗氮时间对G13Cr4Mo4Ni4V钢复合层、渗碳层和心部的微观组织变化,以及硬度的影响。结果表明:渗氮处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢复合层和渗碳层由碳化物、回火马氏体和少量残余奥氏体组成,心部由板条马氏体及少量碳化物组成。渗氮90 h后G13Cr4Mo4Ni4V钢表面洛氏硬度提高,但波动性增大。渗氮50 h后的G13Cr4Mo4Ni4V钢渗层显微硬度最大,可达960 HV,渗氮层厚度为0.17 mm,有效渗碳层厚度为1.67 mm;而渗氮90 h后的G13钢显微硬度最大可达到906 HV,渗氮层厚度为0.19 mm,有效渗碳层厚度为1.26 mm。有效渗碳层厚度的降低与渗氮过程中碳元素向内扩散导致基体碳浓度降低有关,而显微硬度的降低与网状碳化物的析出降低了基体碳元素含量有关。

等离子体渗氮气压对合金钢渗氮层微观结构和性能的影响

目的选择M50NiL钢(高合金钢)和AISI 4140钢(低合金钢)2种合金钢,研究渗氮气压对合金钢等离子体渗氮层组织结构、渗层厚度、硬度、韧性和摩擦磨损性能的影响规律。方法根据离子渗氮GB/T 30883—2017,在0~500 Pa渗氮气压范围内选择170、250、350 Pa 3个渗氮气压进行等离子体渗氮,研究渗层微观结构和性能。结果对于M50NiL和AISI 4140两种合金钢,350 Pa时渗层厚度均最大,170 Pa次之,250 Pa厚度最小。M50NiL钢在350 Pa渗氮和AISI 4140钢在170 Pa渗氮时,表面层具有最优的强韧性。摩擦磨损性能显示,170 Pa和350 Pa气压渗氮的摩擦磨损性能明显优于250 Pa气压渗氮,其中磨损率规律与渗氮层的韧性值测试结果吻合。结论气压影响了氮离子的能量和分布,从而影响了渗层厚度,钢中的合金元素含量和气压共同影响表面强韧化效果,并且表面强韧化效果直接影响渗氮层的摩擦磨损性能。

离子氮碳共渗中碳的作用及机理初探

考察了离子氮碳共渗中，气氛及基体中的碳量对渗层性能的影响。发现基体中碳阻碍氮的渗入，而气氛中微量碳促进氮的渗入。

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。

钛合金双层辉光离子无氢碳氮共渗摩擦性能研究

利用双层辉光离子渗金属原理改善钛合金Ti6Al4V的耐摩擦性。使用蜂窝状高纯度固体石墨作为源极,钛合金Ti6Al4V做阴极,一定比例的氩气、氮气作为载气。依靠辉光放电空心阴极效应,溅射出原子、离子状的碳元素,碳、氮元素混合形成等离子体,靠阴极负偏压把碳、氮吸引到Ti6Al4V的表面,依靠轰击和扩散在Ti6Al4V材料表面形成具有特殊物理、化学性能的合金层。X射线衍射检测显示渗层内形成了包含TiC,TiN的硬度相;辉光放电光谱(GDS)检测结果显示,在渗层内碳、氮元素分布呈梯度形式;硬度测试显示渗层硬度由表及里呈现梯度下降,表面硬度提高两倍以上;摩擦磨损检测表明Ti6Al4V材料经无氢碳氮共渗处理后,其粘着现象明显降低,摩擦系数降低一半多,耐磨性大大提高。

La在脉冲离子渗氮表层中的扩散及其对氮分布和相结构的影响

研究了在脉冲等离子体稀土渗氮过程中稀土元素Ｌａ对氮浓度分布和相结构的影响，揭示了Ｌａ在化合物层中的扩散规律．结果表明：与常规离子渗氮相比，稀土元素的添加，提高了表面氮浓度，随处理时间的延长而增加；当渗氮时间从２ｈ增加至２４ｈ时，化合物层由单相ε－Ｆｅ２－３Ｎ（ε）转化为ε－Ｆｅ２－３Ｎ和γ－Ｆｅ４Ｎ（γ'）双相．此外，Ｌａ可以扩散进入ε和γ'相中．Ｌａ的扩散规律受制于化合物层中γ'－Ｆｅ４Ｎ的比例．随时间延长，化合物层中γ－Ｆｅ４Ｎ的比例增加，Ｌａ的扩散加快，且在２—２４ｈ范围内其扩散遵循指数规律。

钽等离子体渗氮的表面过程分析

对钽表面渗氮的固 气界面反应过程进行了热力学和动力学分析 ,从理论上预测了各种参数 (压力、气体组成、温度、电参数等 )对表面过程的影响 ,并借助于等离子体 ,在较低温度下获得了由表面层与N在Ta中的固溶体组成的表面硬化层。表面层为六方晶系的Ta6N2 ,57和 /或非晶态。通过调整工艺参数有效地抑制了钽表面氧的渗入和Ta2 O5 的形成 ,使得离子渗氮后 。

2Cr13不锈钢的稀土催渗循环离子渗氮工艺研究

对2Cr13不锈钢进行稀土催渗循环离子渗氮试验,并和常规离子渗氮进行对比研究。利用光学显微镜、显微硬度计、XRD、磨损机、扫描电镜及能谱仪对渗氮层进行分析。结果表明:稀土催渗循环离子渗氮工艺不仅能加快渗氮速度,提高耐磨性;而且可以使渗氮层的表面硬度提高、显微硬度梯度变得平缓,同时渗氮效果随循环次数增加而愈好。另外,还能优化2Cr13不锈钢渗氮层的相组成。扫描电镜结合能谱分析得知:添加到渗氮气氛中的纯稀土La存在于渗层中,既验证La的催渗效果,又说明La起到一定的微合金化作用。

高压直流等离子氮化温度对316L不锈钢显微组织和磨损性能的影响

用高压直流辉光放电等离子方法对316LSS进行渗氮处理,研究了氮化温度对渗层的组织和性能的影响。利用XRD衍射仪、光学显微镜、表面显微硬度计和带能谱仪(EDS)的扫描电镜(SEM)分别分析渗氮层的相组成、厚度和显微结构、表面硬度、N和Cr原子的浓度。结果表明:当氮化温度350℃≤T≤400℃时,氮化层为单一的S相;温度为480℃时,S相衍射峰消失,仅剩CrN相;氮化后获得约为5～9μm的渗层;渗层深度和表面显微硬度随着温度的升高而增加。用环块式的方法评价磨损性能的结果表明:不锈钢表面的耐磨性提高一倍以上;未氮化的不锈钢主要存在粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损;等离子氮化的主要存在氧化磨损。

氮化-氧化复合工艺研究进展

综述了各种氮化-氧化复合工艺的研究进展,讨论了含氧气氛的添加对渗层组织和性能的影响。含氧气氛的添加方式不同,所起的作用不同:在渗氮前添加可加速渗氮;渗氮后添加可提高氮化层的耐磨性、耐蚀性;在渗氮过程中添加形成氧氮化,在加速渗氮的同时还可提高渗氮层的表面性能。其中,离子氮化后氧化一直是国外研究的重点。

快速离子氮化渗氮层相组成和微观组织形貌研究

渗氮件的性能与渗氮层的化合物相组成和扩散层的微观结构密切相关。本文基于渗氮温度和氮势对渗氮层形成与分解的影响规律 ,借助X射线衍射分析和透射电子显微技术 ,对循环氮势快速离子氮化渗氮层相组成和微观组织形貌进行了深入研究 ,探讨了其快速渗氮的机理。结果表明 ,与常规离子渗氮工艺相比 ,通过周期地控制渗氮温度和氮势变化 ,快速离子渗氮不仅能显著地提高渗氮速度和增加材料的渗氮层深 ,而且使合金氮化物种类明显增多 ,扩散层中的沉淀硬化物也更细小弥散 。

渗氮时间对38CrMoAl钢液相等离子体渗氮层组织及性能影响

应用液相等离子体电解渗氮技术,在氨水电解液体系下,探究渗氮时间对38CrMoAl钢液相等离子体渗氮组织与性能影响。采用OM、SEM、XRD对渗氮层的微观组织结构、相组成进行了观察和分析,采用Parstat2273电化学工作站测试了渗层的耐蚀性能,并对渗层显微硬度和耐磨性进行了测试。结果表明:随着渗氮时间的延长,渗氮层中白亮层呈先增加后降低的趋势,扩散层不断增加;试样表面"火山凸起"微区落差和层絮状结构逐渐增大,孔洞分布均匀度降低且孔径逐渐增大,表面粗糙度明显提高;渗氮层最大硬度值逐渐增大,耐磨性能较之未处理试样有显著提升,最大磨损失重量随着处理时间延长而降低;经2、5、10min液相等离子体电解渗氮处理的试样表现出的耐蚀性要高于未经处理试样,其中t=10 min时,耐蚀性最好;经15 min液相等离子体电解渗氮处理的试样表现出的耐蚀性要低于未经处理试样。

表面机械研磨对304不锈钢渗氮组织性能的影响

对304不锈钢表面进行表面机械研磨处理(SMAT),再进行不同温度下的低温等离子渗氮。利用光学显微镜、XRD、SEM和EDS,分析渗氮层的物相、显微组织和元素;采用显微硬度计检测渗氮后硬度的变化;采用电化学工作站测试渗氮后试样的腐蚀性能。结果表明,经过1800 s的表面机械研磨处理,材料的渗氮组织性能达到最好,样品表面生成一层晶粒细化层,可以明显促进304不锈钢的低温渗氮。1800 s的表面机械研磨处理后,在350℃下进行渗氮,可以获得一层厚度约3μm的渗氮层,其硬度高达925 HV0.05。和未处理的试样对比,自腐蚀电位升高了0.2 V,自腐蚀电流降低了4.22×10-4A·cm-2。

稀土对模具钢QPQ渗层组织和性能的影响

研究了5CrNiMo模具钢经不同浓度稀土QPQ处理后的组织和性能,在QPQ处理过程中加入适量稀土化合物LaCO3对5CrNiMo钢进行表面改性处理。利用扫描电镜(SEM)分析了5CrNiMo处理后的表面金相显微组织和表面形貌、氮化层深度,采用401MVA型显微维氏硬度计测量试样显微硬度,在M-2000型磨损试验机上进行滑动磨损试验。结果表明,QPQ处理加入适量的稀土不仅有明显的催渗作用,而且能提高5CrNiMo钢的硬度及耐磨性。

等离子体对钽表面渗氮处理的影响

采用ＳＥＭ，ＸＲＤ等手段对钽在氢与氮等离子体中形成的表面层进行了分析。试验表明，在外界参数相同的情况下，Ｈ＋Ｎ等离子体的存在改变了Ｔａ表面在Ｈ－Ｏ－Ｎ气氛中的反应路径，使反应产物由无等离子体时的Ｔａ２Ｏ５变成了Ｔａ６Ｎ２．５７，因此处理后的表面粗糙度比无等离子体时下降了一个数量级；对等离子体的作用机理进行了探讨。认为是等离子体的存在改变了介质成分和Ｔａ表面附近形成的“阴极鞘层”与Ｔａ表面相互作用抑制了粗糙的Ｔａ２Ｏ５形成。