PDF《42CrMo 钢表面纳米化对离子渗氮的影响》

2010 第3期李杨等:42CrMo 钢表面纳米化对离子渗氮的影响

61 1.2 试样制备 采用SMAT方法对试样进行表面纳米化处理, 具体工艺参见文献[4].将SMAT处理前后的样品同 时放入渗氮炉内, 炉内抽真空约到10 Pa后, 充入纯 氨气并维持工作气压500 Pa左右.试验温度430 ℃ 和500 ℃,渗氮时间为8 h.样品随炉冷却. 1.3 分析测试 用扫描电镜和金相显微镜观察试样的截面组 织形貌;

用X射线衍射分析仪测定渗层的结构, CuKα(波长为0.15406 nm) , 电压为40.0 kV,电流 30.0 mA, 扫描范围为20~100 ?, 扫描步长为0.02 °;

用MHC6型显微硬度计测量表面硬度;

电化学测试 过程选用标准的三电极体系:试样为工作电极 (WE)、铂片为辅助电极(AE)、饱和甘汞电极(SCE) 为参比电极(RE).腐蚀介质3.5 % NaCl溶液,动电位 极化曲线测试扫描速度为0.1 mV/s.

2 结果与讨论 2.1 SMAT 样品的组织结构 图1为SMAT处理前后试样的X射线衍射谱.图 中可得, 经SMAT处理后, 与bcc结构Fe的(110), (200) 和(211)晶面相对应的3个衍射峰的强度降低、峰宽 增加.这是由于微观应变增加和晶粒细化所致.其中(110)晶面衍射峰明显宽化,根据ScherrerCWilson 方程计算得其表面平均晶粒尺寸约为23.2 nm. 图2为SMAT处理后样品截面的金相组织, 可以 看出样品表面附近发生了强烈塑性变形.同时 SMAT处理样品表面层的显微硬度明显增大,表面 纳米层的显微硬度约为心部基体硬度的两倍. 2.2 氮化层的结构 图3是SMAT处理和原始试样离子渗氮后的X 射线衍射图谱.在430 ℃下,两者的表面渗氮层含 图3SMAT 处理和原始试样在渗氮后表面 X 射线衍射图谱 Fig.3 XCray patterns of the plasma nitrided SMAT and original samples 图2SMAT 处理后样品截面的 SEM 照片 Fig.2 SEM crossCsections images of the SMAT

4140 sample

20 30

40 50

60 70

80 90 SMAT un-SMAT α (110) α (200) α (211) 强度 I / (a.u.) 2θ /(?) 图1试样在表面机械研磨处理前后的 X 射线衍射谱 Fig.1 XCray diffraction profiles of the before and after SMAT treatment

30 35

40 45

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60 65

70 75

80 85

90 --ε --γ, --α T=430 ℃ 2θ /(?) 相对强度 I / (a.u.)

30 35

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50 55

60 65

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80 85

90 T=500 ℃ --ε --γ, --α 2θ /(?) 相对强度 I / (a.u.) b a 原始试样 原始试样 SMAT 处理试样 SMAT 处理试样

62 中国表面工程2010 年有相和γ′CFe4N 相.SMAT 样品渗氮后含有的ζCFe2C3N高于原始样品.随着温度的升高,α相不断 减少,ζCFe2C3N相和γ′CFe4N相不断增加.在500 ℃ 下,两者渗氮层物相均以ζCFe2C3N相和γ′CFe4N相为 主,没有明显不同. 2.3 氮化层的金相组织 图4是SMAT处理和原始试样经430 ℃和500 ℃ 渗氮8 h的金相照片.在430 ℃下,原始试样渗氮后, 在表面形成一层很薄 (约2.5 μm) 白亮层 (如图4(a)) ;

SMAT处理试样渗氮后, 在表面形成连续的约6.0 μm 厚的白亮层(如图4(b)) .随着温度升高,两者的白 亮层都不断变厚. 但经SMAT处理后的试样白亮层明 显厚于未经SMAT处理试样.在较高温500 ℃下,两 者的白亮层厚度基本一致(如图4(c)和(d)) . 2.4 氮化层硬度分析 经SMAT处理样品渗氮后表面表面硬度值均达 到920 HV0.05,几乎是基体硬度 (240 HV0.05)的4倍, 而原始样品渗氮后整体硬度值为720 HV0.05左右, 明显低于SMAT样品渗氮后硬度值(920 HV0.05). 2.5 耐蚀性分析 图5为未处理样品、原始氮化和 SMAT 样品氮 化(430 ℃) 处理后在 3.5 %NaCI 溶液中的动电位腐 蚀极化曲线.由图可见,原始样品在腐蚀过程中, 腐蚀电流随腐蚀电位增加而持续增加.原始样品氮 化后的腐蚀电位提高,且腐蚀电流减小.SMAT 样 品氮化后腐蚀电位高于原始样品, 且腐蚀电流较低, 表明 SMAT 样品氮化后耐蚀性优于原始氮化样品. 通过以上结果分析可以看出,在相同氮化条件 (特别是相同温度)下,表面纳米化对离子渗氮起 着重要的影响.在低温下,经........