滚动轴承钢碳氮共渗工艺研究

以GCr15和GCr15SiMn轴承钢为研究对象,进行不同工艺的碳氮共渗热处理实验研究。利用光学显微镜观察试样热处理后的显微组织、晶粒度,利用X-射线衍射仪分析热处理后残余奥氏体的含量,利用硬度仪测量试样热处理后的硬度变化规律,研究共渗温度对渗层组织和性能的影响。研究结果表明:考虑碳氮共渗层深度、显微组织、晶粒度以及硬度综合因素,碳氮共渗温度控制在820℃,碳势控制在1.18%,进行淬火和低温回火的组织和性能较好。该工艺下增加冷处理,GCr15SiMn试样表面硬度从64.5 HRC提高至66.1 HRC,表面残余奥氏体量从22.1%下降至12.5%。冷处理有效降低了表面残余奥氏体含量。

基于等离子电解碳氮共渗的水滑石复合渗层制备及耐蚀性能研究

为了提高钢铁材料在经过等离子电解渗后的耐腐蚀性,以退火后的20钢为试验对象,以等离子电解碳氮共渗过程中形成的微纳孔洞为容器,并负载镁铁水滑石(Mg-Fe-LDHs)作为缓蚀剂,着重探讨了Mg-Fe-LDHs对20钢腐蚀性能的影响。首先,以甲酰胺为碳氮源、KCl为导电盐,与去离子水混合形成电解液;然后在220 V直流脉冲电压下处理9 min获得碳氮共渗层(简称PEC/N试样);随后,将PEC/N试样放入由尿素溶液、MgSO_(4)溶液与Na_(2)CO_(3)溶液构成的Mg-Fe-LDHs前驱体溶液中,在140℃恒温环境下水热晶化10 h获得复合渗层(简称PEC/N-LDHs试样)。随后通过显微硬度计、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学测试分析了复合渗层的不同性能表现。结果表明:复合渗层的显微硬度达到900 HV左右,较基体提高了4.6倍。PEC/N试样渗层约20μm厚,截面光滑、平整,表面崎岖不平、呈多孔蜂窝状;经水热合成LDHs后,表面变得平整,无明显蜂窝状结构,试样表面出现大量片状结晶物。PEC/N试样的XRD谱中出现了Fe_(3)C、Fe_(5)C_(2)、α-Fe、Fe_(3)N物质的吸收峰;在原位负载Mg-Fe-LDHs后,PEC/N-LDHs试样的XRD谱中出现了Mg-Fe-LDHs晶体(003)、(006)与(009)晶面的吸收峰;结合SEM形貌特征可知,Mg-Fe-LDHs被成功负载,呈片状结构。相比20钢,PEC/N试样渗层的腐蚀电位(E_(corr))与腐蚀电流密度(J_(corr))均有所提高,分别达到-0.451 V与75.22μA/cm^(2),但其低频阻抗模值(|Z|_(0.01 Hz))并未显著增大,仅达到998.5Ω·cm^(2);负载Mg-Fe-LDHs后,PEC/N-LDHs试样的E_(corr)、J_(corr)、|Z|_(0.01 Hz)分别达到-0.355 V、39.11μA/cm^(2)、6586.0Ω·cm^(2),较20钢及PEC/N试样均有较大幅度改善。以上结果表明,采用等离子电解浸渗处理20钢,可以获得高硬度的碳氮共渗层;通过水热法负载LDHs后,可进一步提高复合渗层的耐蚀性,且不影响PEC/N渗层的硬度,所获得的PEC/N-LDHs复合渗层同时具有高硬度与较好的耐蚀性。

大型圆锥滚子轴承套圈碳氮共渗工艺优化

碳氮共渗工艺可以大幅提升轴承疲劳寿命,但在商用车轮毂轴承上的研究还较少。采用工艺试验的方法,分析对比不同温度、碳势、NH_(3)流量和工艺时间对33022圆锥滚子轴承的渗层深度和表面硬度的影响,得到了最佳工艺参数:强渗阶段,温度为860℃,NH_(3)流量为2.5 L/min,碳势为1.2%,时间为330 min;扩散阶段,温度为860℃,NH_(3)流量为2.5 L/min,碳势为1.0%,时间为60 min;保温阶段,温度为820℃,NH_(3)流量为2.5 L/min,碳势为1.0%,时间为60 min。工艺优化后,测量碳氮共渗后的轴承尺寸、表面组织和硬度,均能满足产品技术要求;轴承疲劳试验结果表明,相比于常规马氏体淬回火热处理工艺,碳氮共渗处理后的轴承寿命由2L_(10)提升至5L_(10),有效提高了轴承的疲劳寿命。

碳氮共渗M50NiL钢的磨削变质层微观组织和力学性能研究

以碳氮共渗热处理后的M50NiL钢为研究对象,对不同粒度砂轮磨削后试样的表层微观形貌、表层组织结构、残余应力、显微硬度等进行了研究分析。研究结果表明,磨削后的试样表层变质层为非常细小的形变马氏体组织+奥氏体组织,为纳米晶区,晶面扭转现象明显,奥氏体含量与磨削热有直接关系,磨削后的表面变质层可分为3个部分,0~20μm的表层磨削热变质层、20~70μm的高硬度变质层及70~200μm的扩散变质层。为降低砂轮粒度对变质层组织性能的影响,可在磨削后去除适量的表面磨削变质层,但去除量不能超过磨削热变质层区的范围,以获得最佳的材料服役特性。

16Cr3NiWMoVNbE钢碳氮共渗层磨削力试验研究

为了提高16Cr3NiWMoVNbE钢的使用性能,通常需要进行碳氮共渗表面硬化处理。为了解决16Cr3NiWMoVNbE钢碳氮共渗层易出现磨削烧伤、裂纹等问题,开展了白刚玉砂轮磨削力试验。首先,分析了磨削3要素(磨削速度、工件进给速度和磨削切深)对磨削力的影响规律;其次,分析了白刚玉砂轮磨粒大小、砂轮硬度和气孔率对磨削力的影响规律;最后,分析了磨削3要素对工件表面形貌的影响规律。结果表明,随着磨削切深的增大,磨削力增大;随着工件进给速度的增大,磨削力增大;随着砂轮速度的增大,磨削力减小。随着砂轮磨粒的增大,磨削力减小;为了减小磨削力、提高砂轮切削性能,白刚玉砂轮适合选用J级硬度和4号组织号。减小磨削切深、工件进给速度,增大砂轮速度,可改善工件表面形貌。

碳氮共渗热处理工艺中涉及的危险化学品规范化管理探究

碳氮共渗热处理工艺作为材料表面强化的关键技术,涉及多种危险化学品的应用。本研究旨在探讨该工艺中危险化学品的规范化管理措施,并强调其对保障员工安全、环境保护和工艺稳定性的重要性。通过分析碳氮共渗过程中的碳源和氮源化学品特性、辅助化学品的应用以及危险废弃物和副产品的处理,本文提出进行定期安全检查、建立快速响应机制等规范化管理策略。

高浓度碳氮共渗的试验研究

探讨了２０ＣｒＭｎＴｉ钢在８００～８６０℃固体高浓度碳氮共渗的工艺、组织与性能。结果表明：高浓度碳氮共渗工艺可在钢的表面形成大量细粒状、弥散分布的碳化物，它具有高硬度、高回火稳定性与低的脆性。

碳氮共渗-深层稀土硼碳氮共渗复合处理

探讨了碳氮共渗与深层稀土硼碳氮共渗复合处理工艺。结果表明:复合处理在工艺上是可行的;复合处理试样的截面组织由表层稀土硼碳氮共渗层、中间碳氮共渗层及内部基体组织三部分组成;相当于在高硬度表层与较软基体中间插入一层中等硬度的过渡层,减小了硬度梯度,有效避免工件在工作过程中高硬度表层的剥落。

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。

真空碳氮共渗新技术及其应用

与气体碳氮共渗技术相比,真空碳氮共渗不仅保留了其淬火温度低、变形小、淬透性强以及适用于合金钢、碳素钢等优点,还克服了气体碳氮共渗易产生晶界氧化层的缺点,且节约了原料气,废气排放量较少,有利于环保。经850℃×120min真空碳氮共渗后,16MnCr5钢渗层深0.45mm,20CrMnTi钢渗层深0.33mm,35碳素钢渗层深0.30mm。用该新技术处理的20CrMo钢制精密级(5级)齿轮内孔直径变形量≤0.01mm,且无喇叭口。

液相等离子体电解碳氮共渗层形成条件的初步探索

采用甲酰胺-乙醇胺电解液体系,对Q235钢进行等离子体电解碳氮共渗处理,通过对处理的试样进行XRD分析,确定了碳氮共渗层形成的临界条件,分析了各种工艺参数下处理试样的相组成变化,给出了渗透层的形貌,测量了渗透层的显微硬度。试验结果表明:在特定的电解液体系下,不同的工作电压,所获得渗透层的相组成不同;渗透层的相组成包括:α-Fe、Fe3C、Fe5C2、ε-Fe2-3N、γ-Fe;在170V工作电压下,处理0.5min即可获得50μm的渗透层,渗透层的显微硬度最大可达720HV0.1。

20CrMnTi钢压辊深层稀土硼碳氮共渗

对20CrMnTi钢深层稀土硼碳氮共渗工艺进行了研究,并对其共渗层的组织、硬度及耐磨性和耐腐蚀性能进行了测试与分析。结果表明,与碳氮共渗工艺相比,深层稀土硼碳氮共渗层的硬度、耐磨性和耐蚀性明显提高。将其应用于20CrMnTi钢粮机压辊,模具寿命提高了40%,取得了较好的经济效益。

时间和电压对TC4合金表面等离子碳氮共渗层的影响

应用液相等离子电解碳氮共渗技术,在NH4NO3、乙醇和甘油组成的电解液体系下,短时间内在TC4合金表面制备高硬度渗层。探索了时间和电压对膜层的硬度、厚度、相组织和微观形貌的影响。结果表明:随着时间的延长和工作电压的提高,渗层的硬度、厚度均有明显的提高,表面粗糙度变大。并得出了TC4合金进行等离子碳氮共渗的理想电压应控制在280V左右。

碳氮共渗及渗后喷丸对低碳钢疲劳极限的影响

用内部疲劳极限概念，定量分析了碳氮共渗及渗后喷丸对低碳钢疲劳极限的影响，提出了预测疲劳极限和优化工艺准则。

45钢表面液相等离子体碳氮共渗

研究45钢在乙醇胺电解液中实现以渗碳为主的碳氮共渗,获得以高碳马氏体和含氮马氏体为主的表面改性层,使其硬度达到480HV,为基体的1.5倍.结果表明:45钢进行液相等离子体碳氮共渗依赖于原子(离子)的吸附和扩散效应.弧光放电的电离过程产生的大量活性碳、氮原子(离子)被吸附到工件表面,同时弧光放电等离子体对工件的不断轰击使工件表面迅速进入奥氏体化的高温区间,致使吸附于工件表面的碳、氮原子(离子)通过热扩散效应渗入基体并向内扩散.

20CrMnTi钢粮机压辊碳氮共渗的应用研究

对粮机压辊在材料与热处理工艺方面进行了改进,并采用金相显微镜、硬度计、电子天平等设备对共渗层进行了组织、硬度、耐腐蚀性分析。与38CrMoAl钢氮化处理相比,20CrMnTi钢碳氮共渗处理得到了硬度与层深的适当配合,取得了模具成本降低50%、经济效益提高70%的良好效果。

渗碳或碳氮共渗时内氧化的热力学分析

应用热力学原理 ,在渗碳或碳氮共渗处理时给出了钢中合金元素Cr、Mn、Ti发生内氧化的热力学判据。计算了实际炉内气氛中氧分压的值 ,结果表明在实际处理时钢中Cr、Mn、Ti元素在热力学上均会发生内氧化 ,讨论了碳势及氧电势对内氧化的影响 ,分析了内氧化的氧化特征 。

丙烷浓度对45钢离子碳氮共渗的影响

首次以丙烷作为供碳剂对45钢进行离子碳氮共渗。利用金相显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计研究了丙烷浓度对试样截面形貌、物相组成和表面硬度的影响。结果表明:随丙烷浓度的增加,化合物层厚度和表面硬度均呈现先增大后减小的趋势。当丙烷浓度为1.5%时,510℃离子碳氮共渗4h后,化合物层厚度和表面硬度分别达到最大值40μm和779HV0.05,同时得到以ε相为主,并伴有极少量渗碳体的最优物相组成。当丙烷浓度超过1.5%时,化合物层厚度和表面硬度均下降,这是由于渗碳体相含量随丙烷的增加而增加,并当丙烷浓度为2.5%时渗碳体成为主要物相,从而阻碍了C、N原子向基体内的进一步扩渗。

合金元素对离子碳氮共渗层生长动力学影响

以45钢和42CrMo钢为材料,对比研究了合金元素对离子碳氮共渗化合物层生长动力学的影响。利用光学显微镜、显微硬度计和X射线衍射仪对化合物层的显微组织、厚度、硬度及物相进行了测试和分析。结果表明,相同工艺条件下,42CrMo钢表面形成的化合物层厚度比45钢薄,但有效硬化层较厚,表面硬度高且截面硬度梯度较为平缓;随着保温时间的延长,45钢离子碳氮共渗后化合物层中的主要物相发生了γ'-Fe4(C,N)→ε-Fe2-3(C,N)的转变,而在42CrMo钢表层则无该转变,但出现了CrN、CrC及Mo2(C,N)相;动力学分析表明42CrMo钢形成化合物层的扩散激活能为66.95kJ/mol,接近45钢27.89kJ/mol的2.5倍,同时分析了合金元素对活性C、N原子扩散的影响机理。

1Cr18Ni12Mo2Ti钢的离子硫碳氮共渗

对1Cr18Ni12Mo2Ti钢进行了加板加稀土;加板未加稀土;未加板未加稀土的离子S-N-C三元共渗对比试验。结果表明,在相同温度、时间条件下,加板加稀土者渗层厚度最大;加板未加稀土者次之;二者均未加者最小。但它们的表面硬度相同,均为HV_(0.1)>860。加板增强了溅射铁原子的氮载体作用,能使渗层增厚;加稀土增加了表面活性,减少了扩散阻力,也使渗层增厚。