PDF《AISI440C 钢氧-氮-碳三元共渗渗层显微 组织与硬度研究》

Hot Working Technology 2012, Vol.

41,No.18 材料热处理技术 Material &

Heat Treatment

2012 年9月收稿日期:2012-03-21 基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y4100156);

宁波市江北区 科技计划工业科研公关项目(2010A0203);

宁波市重大(重点)择优委托科技攻关项目(2011B1016) 作者简介:陈仁德(1988- ),男,浙江温岭人,助理工程师,主要研究方向 为真空镀膜自动控制及镀膜材料的研究;

电话:13738872116;

E-mail:[email protected] 通讯作者:汪爱英(1975- ),女,陕西渭南人,研究员,博士生导师,博士;

电话:0574-86685170;

E-mail:[email protected] 钢铁渗氮的研究始于

20 世纪初, 并在

20 世纪

20 年代后获得工业应用. 常规的气体渗氮由于渗层 较薄, 不适于承受重载的耐磨零件. 而氮碳共渗是 在铁-氮共析转变温度以下, 在工件表面主要渗入 氮的同时也渗入微量的碳, 碳、氮等活性元素通过多 孔的氧化层向深层扩散,形成氮化物、碳化物等化合 物和固溶体,对基体材料起到强化作用[1] . 共渗处理 后得到的化合物层韧性好,硬度高,耐磨、耐蚀,抗咬 合,且由于共渗时间短、温度较低,工件畸变也相应 较小. 而氧元素的引入有助于炉内气体间反应向产生 大量活性氮原子、碳原子的方向发展,对后续渗入碳、 氮等元素起促进作用.本文用空气、丙烷、氨气、氮气 作为气源, 实现了廉价的气体氧-氮-碳三元共渗, 并分析了三元共渗后对工件表层的金相显微组织、 渗层厚度、元素分布以及硬度梯度变化的影响规律.

1 实验方法 1.1 实验材料及设备 实验样品为空调压缩机零部件上的 滑片 , 材 质为 AISI440C 钢, 规格为

12 mm *

12 mm *

4 mm, 化学成分 (质量分数,%)为:1.20C, 1.00Si, 1.00Mn, 0.030S,0.035P,17.00Cr,0.60Ni,0.75Mo. 共渗 处理设备为 ZRJ3-12-9 预抽真空保护气氛炉, 最高工作 温度950℃. AISI440C 钢氧-氮-碳三元共渗渗层显微 组织与硬度研究 陈仁德, 郑贺, 汪爱英 (中国科学院 宁波材料技术与工程研究所 宁波市海洋防护材料与工程技术重点实验室, 浙江 宁波 315201) 摘要:以空气、丙烷、氨气等作为气源,利用低温气体多元共渗技术在 AISI4400C 钢表面进行低温气体氧-氮-碳 三元共渗处理,以提高其表面硬度.借助光学金相显微镜、X 射线衍射仪、显微硬度计和扫描电镜,对渗层形貌、物相、显 微硬度梯度变化趋势以及元素分布进行检测分析.结果表明,在基材表面共渗层形成了厚且均匀致密的化合物层,该化 合物层以氮化物、碳化物和氧化物为主;

三元共渗过程中氧的加入可促进化合物层的形成,缩短共渗时间,获得的三元 共渗层表面硬度最高可达

1170 HV. 关键词:AISI440C 钢;

氧-氮-碳三元共渗;

化合物层;

相结构;

硬度 中图分类号:TG156.8 文献标识码:A 文章编号:1001-3814(2012)18-0130-03 Study on Microstructure and Hardness of AISI440C Steel by Oxynitrocarburizing Treatment CHEN Rende, ZHENG He, WANG Aiying (Ningbo Key Laboratory of Marine Protection Materials, Ningbo Institute of Material Technology and Engineering, Chinese Academy of Science, Ningbo 315201, China) Abstract:Gas oxynitrocarburizing at low-temperature of AISI4400C steel was carried out by gas multi-component permeation technique with the mixed gas of air, C3H8 and NH3. The morphology, microstructure and hardness of the composite layer were analyzed by microscopy, XRD, microhardness apparatus testers and SEM, respectively. The experimental results show that a thick, dense and uniform compound layer is formed on the surface of AISI4400C steel which can consist of nitrides, carbide and oxide. The introduction of oxygen can promote the formation of the compound layer during the oxynitrocarburizing process to short the permeation time significantly, and the maximum hardness of the penetrated layer is 1170HV. Key words:AISI440C steel;