45鋼及42CrMo鋼離子氮碳共滲研究.pdf

1、離子氮碳共滲是將工件放在離子輝光放電的真空容器中，將工件作為陰極，容器壁作為陽極，向爐內(nèi)通入稀薄的氮?dú)夂捅?，在直流電場的作用下，使得爐內(nèi)的氣體發(fā)生電離，電離產(chǎn)生的活性碳、氮離子以高速轟擊陰極工件表面，并擴(kuò)散進(jìn)入工件表面形成滲層的過程。
　　該研究選用調(diào)質(zhì)態(tài)的45鋼和42CrMo鋼作為研究材料，研究了在783K溫度下丙烷濃度（0.5％~2.5％）、爐內(nèi)氣壓（170Pa~290Pa）以及離子氮碳共滲溫度（763K~823K）和時間（

2、0.5h~4h）對離子氮碳共滲效果的影響。另外，研究了合金元素對離子氮碳共滲動力學(xué)的影響，分別得出了45鋼和42CrMo鋼的化合物層的生長動力學(xué)方程以及擴(kuò)散激活能。為了對離子氮碳共滲后的試樣進(jìn)行滲層組織、物相結(jié)構(gòu)、硬度以及耐蝕性等方面的測試，實驗中使用檢測設(shè)備主要有金相顯微鏡、維氏顯微硬度計、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和電化學(xué)工作站等。
　　結(jié)果表明：隨丙烷濃度的增加，化合物層厚度和表面硬度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當(dāng)丙烷濃度為

3、1.5％時，510℃離子氮碳共滲4h后，化合物層厚度和表面硬度分別達(dá)到最大值40μm和779HV0.05，同時得到以ε相為主，并伴有極少量滲碳體的最優(yōu)物相組成。當(dāng)丙烷濃度超過1.5％時，化合物層厚度和表面硬度均下降，當(dāng)丙烷濃度為2.5％時，滲碳體成為主要物相，從而阻礙C、N原子向基體內(nèi)的進(jìn)一步擴(kuò)滲。
　　隨著氮碳共滲溫度的上升，化合物層厚度逐漸增加，有效硬化層厚度也隨之增厚。但 X射線衍射分析表明：當(dāng)離子氮碳共滲處理溫度超過803

4、K，硬脆相滲碳體成為主要物相。而當(dāng)溫度為763K時，形成的主要物相為ε相，但其強(qiáng)度較弱，且化合物層厚度較薄。因此當(dāng)丙烷濃度為1.5％時，783K是較為合適的離子氮碳共滲溫度。
　　隨著離子氮碳共滲時間的增加，化合物層厚度逐漸增加且其主要物相發(fā)生γ′相→ε相的轉(zhuǎn)變，同時截面硬度梯度也逐漸趨于緩和。
　　當(dāng)爐內(nèi)的氣壓為290Pa飽和氣壓時，其化合物層厚度達(dá)到最厚，且截面硬度最為緩和。X射線衍射分析表明：爐內(nèi)氣壓為290Pa時，化

5、合物層的主要物相為ε相且伴有少量滲碳體相，當(dāng)爐內(nèi)氣壓低于飽和氣壓時，ε相仍為主要物相，但滲碳體相消失。可能是由于真空泵抽去了爐內(nèi)的活性碳、氮原子，導(dǎo)致了滲碳體相的消失和化合物層厚度的減薄。
　　相同工藝條件下，42CrMo鋼表面形成的化合物層厚度比45鋼薄，但有效硬化層較厚，表面硬度高且截面硬度梯度較為平緩；隨著保溫時間的延長，45鋼離子氮碳共滲后化合物層中的主要物相發(fā)生了γ′相→ε相的轉(zhuǎn)變，而在42CrMo鋼表層未發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)變，但