PDF《AISI440C 钢氧-氮-碳三元共渗渗层显微 组织与硬度研究》

oxynitrocarburizing;

composite layer;

phase structure;

hardness

130 《热加工工艺》

2012 年第

41 卷第

18 期 材料热处理技术 Material &

Heat Treatment 下半月出版 1.2 共渗处理工艺流程 不锈钢片入炉前需要经过酸洗, 酸中的氯离子 能更好地去除不锈钢表面的氧化膜,实验选用MC-106 试剂(成分:柠檬酸 20%,氯化钠 21%,表面 活性剂 10%,水49%),先由 5%MC-106 试剂的水溶 液超声清洗 30min,再由清水超声清洗 20min,取出 烘干. 酸洗前,电炉加热至

580 ℃,恒温,此过程一直 往炉体通入 2L/min 氮气. 试样酸洗完后,需立即入 炉,以防止在空气中搁置时间过久,再次氧化. 为了 保证氧-氮-碳共渗取得理想的效果,以及弥补酸洗 的不彻底和钝化膜的再生等不足, 需在炉底放置 NH4Cl 和石英砂的混合物,比例为

1 ∶ 200,使NH4Cl 缓慢扩散,防止其晶体在出气口堵塞,炉盖合上后, 以5L/min 通入氮气 , 用来排空. 在 实验过程中 NH4Cl 能分解出 HCl 或Cl2, 破坏工件表面的氧化 膜. 分解出来的气体, 在有微量水蒸汽存在的条件 下, 它几乎能与所有金属和金属氧化物反应形成金 属氯化物, 而金属氯化物中的氯又易被氨气分解时 产生的活性氮原子所置换而形成氮化物. 即: Fe2O3 +6HCl=2FeCl3 +3H2O Cr2O3 +6HCl=2CrCl3 +3H2O 2NH3=3H2 +2[N] 2FeCl3 +[N]=Fe2N+3Cl2 或2Fe3Cl3 +3[N]=3Fe2N+3Cl2 2Cr2Cl3 +2[N]=2Cr2N+3Cl2 这样的结果破坏了钢表面的钝化膜和其他金属 氧化层,促进了氮原子在钢表面的吸收过程[2] . 若直 接采用温度高于 580℃氮化,随着温度升高,表面脱 氮、脱碳速度大于渗氮、渗碳速度,进入样品表面的 氮、碳原子减少,硬度反而降低. 这与渗氮物的聚集 有关, 这种聚集引起析出物与基体之间的共格破坏 和对位错运动障碍的减少[2] . 温度过高,不锈钢表面 化合物层的韧性降低, 脆性提高. 因此本实验采用 580℃与540℃二段式三元共渗,其具体工艺路线如 图1所示. 实验完毕后,取出试样,用冷水淬火处理,以提 高其硬度和耐磨性.

2 实验结果和讨论 2.1 三元共渗层的显微组织分析 AISI440C 钢经氧-氮-碳三元共渗处理后表面 色泽均匀,呈浅灰色,图2为三元共渗层的截面显微 结构.其组织形貌与常规气体渗氮处理相似,最外层 为亮白色的化合物层,厚约

5 μm,次表层为颜色较 深的扩散层,其中网目层约为 43μm,整个渗层深度 约75μm. 与气体渗氮、碳氮共渗和离子渗氮、碳氮 共渗相比,在低温条件下,短时间内氧-氮-碳三元 共渗可以获得较........