304、316L不锈钢的稀土元素催渗离子渗氮试验.pdf

试验研究收稿日期:作者简介:刘尚杰()男上海人工程师主要从事汽车齿轮热处理工艺及精益制造工作联系电话:.、不锈钢的稀土元素催渗离子渗氮试验刘尚杰杨宗阳(.上海汽车变速器有限公司上海.陆军装备部航空军事代表局驻上海地区航空军事代表室上海)摘 要:对、不锈钢在不同温度采用不同氮氢比的渗剂进行了离子渗氮和稀土元素催渗离子渗氮试验 结果表明:在 离子渗氮的、钢渗层最均匀在 采用 的渗剂稀土元素 催渗的 钢渗层深度为.不锈钢的渗层深度为.表面硬度均约为 .渗层均匀在 采用 的渗剂为使这两种不锈钢获得深度相同的渗层稀土元素催渗离子渗氮需要 而常规离子渗氮需要 关键词:不锈钢离子渗氮稀土元素催化中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):.()().().:引言 型不锈钢是 不锈钢的基本钢种其产量占不锈钢总产量的/由于 不锈钢具有韧性大、容易加工、焊接性能好及抗耐蚀性强等特点被广泛用于石油、化工和饮用水管等行业 不锈钢属于美国 世纪 年代 奥氏体不锈钢系列产品是经典的()不锈钢成分改型合金为改善耐腐蚀性能而发展的一种 型超低碳不锈钢具有优良的耐海水腐蚀、耐晶界腐蚀性能和高温力学性能是目前应用广泛的奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢由于具有优良的耐腐蚀性能和综合力学性能被广泛应用于石油、化工及核电等领域 奥氏体不锈钢有良好的耐蚀性能但由于这类不锈钢的耐磨性难以满足使用要求因此人们一直在寻求如何在不降低耐蚀性的前提下提高其耐磨性稀土元素催渗技术主要应用于工件表面化学热处理稀土元素催渗在化学热处理各个阶段产生催化达到催渗效果 稀土元素催渗方法具有提高渗氮速度、渗氮效率、表面硬度和缩短工艺周期与常规离子渗氮相比较加稀土元素离子渗氮层的硬热处理 年第 卷 第 期度梯度比较平缓等一系列优点本文对 和 不锈钢进行了稀土元素催渗离子渗氮工艺试验分析了不同的离子氮化工艺对其表面硬度和硬化层深度的影响 试样制备与试验设备.试验材料选用()和()不锈钢作为工艺试验材料选用催渗剂稀土元素镧()(.(质量分数)/.(质量分数)作为催渗剂.试样尺寸 和 不锈钢原材料尺寸为 加工成试样尺寸为 .试样化学成分从试样心部截取部分材料进行化学分析不锈钢试样化学成分见表 不锈钢化学成分见表 表 不锈钢试样化学成分(质量分数)单位:项目检测值.表 不锈钢试样化学成分(质量分数)单位:项目检测值.试验设备 离子渗氮炉(有效尺寸为 )渗氮层深度在 光学显微镜上检测表面硬度在 显微硬度计上检测 工艺试验与分析.、不锈钢常规离子渗氮工艺试验与分析()为 的、不锈钢常规离子渗氮工艺试验与分析采用 为 的比例分别在 、和 对、不锈钢进行离子渗氮(按常规参数)保温时间为 试验结果见表 从表 可见:和 不锈钢试样的渗层深度随着渗氮温度的提高而增加在 时渗层最厚 和 不锈钢试样的表面硬度在 离子渗氮为最低 不锈钢离子渗氮渗层(渗氮温度 )如图 所示 不锈钢离子渗氮渗层(渗氮温度 )如图 所示表 、不锈钢不同渗氮温度下的渗层深度与表面硬度()材料渗氮温度/渗层深度/表面硬度/.渗层不均匀 渗层不均匀 图 不锈钢离子渗氮渗层(渗氮温度 )图 不锈钢离子渗氮渗层(渗氮温度 )热处理 年第 卷 第 期 ()为 的、不锈钢常规离子渗氮工艺试验与分析采用 的比例分别在 、和 的渗氮温度对、不锈钢进行离子渗氮(按常规参数)保温时间 试验结果见表 从表 可见:在 的比例的条件下渗氮温度对 不锈钢试样的渗层深度影响不大 不锈钢渗层深度随着渗氮温度的提高而增加 和 不锈钢试样的表面硬度在 离子渗氮为最低表 、不锈钢不同渗氮温度下的渗层深度与表面硬度()材料渗氮温度/渗层厚度/表面硬度/.较均匀 较均匀 ()为 的、不锈钢常规离子渗氮工艺试验与分析采用 的比例分别用 、和 的渗氮温度对、不锈钢离子渗氮(按常规参数)保温时间 其渗层深度与表面硬度见表 从表 可见:在 的比例的条件下 和 不锈钢试样的渗层深度随着渗氮温度的提高而增加 和 不锈钢试样的表面硬度在 离子渗氮为最高 不锈钢离子渗氮渗层(渗氮温度 )如图 所示 不锈钢离子渗氮渗层(渗氮温度 )如图 所示表 、不锈钢不同渗氮温度下的渗层深度与表面硬度()材料渗氮温度/渗层深度/表面硬度/.渗层均匀 渗层较均匀 图 不锈钢离子渗氮渗层图片(渗氮温度 )图 不锈钢离子渗氮渗层(渗氮温度 )综上可以分析出:、不锈钢在不同的保温温度和不同的氮氢比例下进行离子渗氮其在渗氮温度为 时渗层最均匀其中 为 时试样表面硬度值最高显微硬度为 .左右.、不锈钢稀土元素催渗离子渗氮工艺试验与分析 、不锈钢稀土元素催渗离子渗氮是一种添加稀土元素催渗剂的离子渗氮新技术适用于金属表面的化学热处理 本文是把稀土元素镧(每热处理 年第 卷 第 期块大小为 左右)作为催渗剂直接放置在离子渗氮炉阴极板的四个角落上通入不同比例的氮气、氢气的混合气体在一定的渗氮温度下进行渗氮()为 的、不锈钢稀土元素催渗离子渗氮工艺试验与分析通入氮气、氢气的混合气体比为 在 下进行稀土元素催渗离子渗氮保温时间为 、不锈钢稀土元素催渗离子渗氮渗层深度与表面硬度()见表 从表 的数据可以看出渗层深度都为 不锈钢的表面硬度高于 不锈钢 不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层深度如图 所示 不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层深度如图 所示表 、不锈钢稀土元素催渗离子渗氮渗层深度与表面硬度()渗氮温度/材料渗层深度/表面硬度/.图 不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层深度()图 不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层深度()()为 的、不锈钢稀土元素催渗离子渗氮工艺试验与分析通入氮气、氢气的混合气体比为 渗氮工艺为 进行稀土元素催渗离子渗氮渗层厚度及表面硬度见表 从表 的数据可以看出 不锈钢渗层深度为 比 不锈钢渗层深度 厚 不锈钢和 不锈钢的表面硬度基本相同约 .不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层(为 渗氮工艺为 )深度如图 所示 不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层(为 渗氮工艺为 )深度如图 所示表 、不锈钢稀土元素催渗离子渗氮渗层深度与表面硬度()材料渗层深度/维氏硬度/.图 不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层深度()图 不锈钢稀土元素催渗离子渗氮层深度(为 )热处理 年第 卷 第 期.、不锈钢稀土催渗离子渗氮与常规离子渗氮对比分析 通过工艺试验得出在渗氮温度为 和 的离子渗氮的工艺条件下、不锈钢的渗层表面硬度在 .左右渗层深度达到.时需要 而以稀土元素镧为催渗剂的离子渗氮只需要 比常规的离子渗氮 的缩短了 当催渗剂为稀土元素镧(镧.)时由于稀土元素具有强烈的化学活性可与氧、氢及氮等作用形成相应的化合物并能加快氮、氢化合物的分解因此在将试样装入离子渗氮炉内的同时加入稀土元素催渗剂即可实现稀土元素催渗离子渗氮 当气氛中含有稀土元素时能加速介质分解有利于气相活化稀土元素能进入钢件表面由于稀土元素与铁原子的尺寸差别大进入表面的稀土元素使周围点阵产生严重畸变有利于氮原子吸附和扩散 稀土元素的加入增加了离子轰击效应使钢件表层一定厚度的范围内空位及位错等晶体缺陷增加加快了氮原子的扩散 结论()、不锈钢通过不同的渗氮温度和不同的氮氢配比下进行离子渗氮 在渗氮温度为 时渗层最均匀()、不锈钢在渗氮温度为 时经稀土元素 催渗 其中 不锈钢的渗层深度为.不锈钢的渗层深度为.表面硬度达到 .左右渗层均匀()在渗氮温度为 和 离子渗氮的工艺条件下达到同样的渗层深度、不锈钢在稀土元素催渗离子渗氮与常规离子渗氮比较渗速由原来的渗氮 缩短为 参考文献 陈海燕朱有兰.固溶处理对 不锈钢焊缝腐蚀性能的影响.材料热处理学报():.侯东坡宋仁伯项建英等.固溶处理对 不锈钢组织和性能的影响材料热处理学报():.孙小燕刘孝光汪列降等.固溶处理对 不锈钢晶界腐蚀性能的影响.腐蚀科学与防护技术():.赵程.奥氏体不锈钢低温、和 表面硬化处理.青岛科技大学学报():.张红霞段志琴.稀土催渗技术的应用研究.湖北汽车工业学院学报():.宋娜强巍杨小宁等.稀土元素对 钢离子渗氮工艺的影响.装备环境工程():.(上接第 页).:.:.:.:.卢新春 罗贻正 王艳林.含硼弹簧钢 的淬透性及其 曲线.金属热处理 ():.:.().:.黄进峰 方鸿生 徐平光等.稀土、钛变质对贝氏体铸钢成分偏析及强韧性的影响.金属热处理学报():.():.:.张清东 林潇 刘吉阳等.钢热处理过程有限元法数值模拟模型研究.金属学报 ():.李兵 唐正连 罗元元等.热处理工艺对低合金高性能铸钢组织和性能的影响.材料热处理学报 ():.崔忠圻 覃耀春.金属学与热处理.北京:机械工业出版社.王旭中 田瑞生 刘进益等.热处理强韧化组织结构根据的研究.金属热处理学报():.热处理 年第 卷 第 期