PDF《空气与 C3H8 含量对气体氧-氮-碳三元共渗 化合物层结构的影响》

《热加工工艺》

2013 年5月第42 卷第10 期 气体氧-氮-碳三元共渗是一种先进的化学热处 理手段,相对于传统化学热处理技术,三元共渗可以 大幅度提高材料表面硬度、耐摩擦性能、耐腐蚀性能 以及抗咬合能力.

其处理温度在铁-氮共析转变温 度以下,一般在 560~580 ℃,炉内气氛加热后在氧 的促进下,形成大量活性氮原子与活性碳原子,通过 扩散作用进入材料表面[1] . 碳渗入后形成的细微碳 化物可以促进氮的扩散,加快高氮化合物的形成,同 时形成的高氮化合物又能提高碳的溶解度, 两者相 互促进,最终大幅度提高渗入效率. 传统氮碳共渗 后一般生成由 ε-Fe2-3(N,C)相与 γ-Fe4N 相等组成的 亮白色的化合物层. 经研究发现,与混合相组成的 化合物层相比,由单一 ε-Fe2-3(N,C)相组成的化合物 层拥有更高的硬度与更加优良的摩擦学特性, 同时 还具有优异的耐腐蚀性能[2] . 但是,由于影响热处理 过程因素多,如何才能在化合物层中获得单一ε-Fe2-3(N,C)相,获得具有优异特性的热处理材料,已 成为近年来化学热处理领域的研究热点之一.目前, 研究结果表明[3-7] ,通过控制化合物层的生长工艺,可 以有效地生成由单一 ε-Fe2-3(N,C)相组成的化合物 层.控制化合物层生长的方法有很多,氧气的添加便 是其中促进化合物层生长的有效手段之一. 本文通 过向炉内通入干燥、洁净空气的手段引入氧气,形成 NH

3、O

2、C3H8 与N2 混合气氛;

同时调控空气与 C3H8 的添加含量,采用设计的两段式处理工艺路线,获得 单一 ε-Fe2-3(N,C)相的化合物层,并分析其厚度、截 空气与 C3H8 含量对气体氧-氮-碳三元共渗 化合物层结构的影响 郑贺, 陈仁德, 杨巍, 柯培玲, 汪爱英 (中国科学院 宁波材料技术与工程研究所 宁波市海洋防护与应用技术重点实验室, 浙江 宁波 315201) 摘要:以NH

3、 空气、C3H8 与N2 混合气体作为气源,采用两段式气体氧-氮-碳三元共渗方法,在580 ℃加热

2 h, 随后降温至

540 ℃继续加热 1.5 h,实现对 S20C 钢的表面强化. 保持通入气体总流量、空气与 C3H8 添加比例不变,改变 空气与 C3H8 的总含量,研究不同气氛组成处理后 S20C 钢表面渗层的厚度、形貌以及相结构变化趋势. 结果表明,经过 处理后的样品表面形成了具有良好耐摩擦、耐腐蚀性能的亮白色化合物层,该化合物层具有单一 ε-Fe2-3(N,C)物相,其 厚度随空气与 C3H8 的总含量的增加而增大. 关键词:氧-氮-碳三元共渗;

空气;

C3H8;

化合物层厚度;

ε-Fe2-3(N,C)相 中图分类号:TG156.8 文献标识码:A 文章编号:1001-3814(2013)10-0145-03 Effect of Air and C3H8 Content on Microstructure of Compound Layer During Gas Oxynitrocarburising Process ZHENG He, CHEN Rende, YANG Wei, KE Peiling, WANG Aiying (Ningbo Key Laboratory of Marine Protection Materials, Ningbo Institute of Material Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences, Ningbo 315201, China) Abstract:The effects of air and C3H8 addition on the oxynitrocarburising characteristics of S20C steels in an atmosphere of NH3-air- C3H8-N2 gas system were investigated. The results show that, with the increase of total flow rate of air and hydrocarbon reactive gases, the thickness of compound layer of S20C steels increases due to the increased carbon activity in the atmosphere. According to the X-ray diffraction analysis, the compound layer is composed of high purity single ε-phase, the thickness of compound layer increases with the increase of air and C3H8 content. Key words:oxynitrocarburising;