M50NiL鋼氮碳共滲與滲碳加滲氮復(fù)合改性層的組織與性能.pdf

1、本文以新型高合金低碳軸承鋼M50NiL鋼的實(shí)際應(yīng)用為背景。針對(duì)在該鋼表面如何快速產(chǎn)生深度較深且力學(xué)性能良好的改性層問(wèn)題進(jìn)行研究。由于M50NiL鋼不適用于在高溫、高氮?dú)浔?、長(zhǎng)時(shí)間的條件下進(jìn)行等離子體氮碳共滲的問(wèn)題，因此提出了循環(huán)氮碳共滲和滲碳加滲氮復(fù)合改性兩種方法。對(duì)循環(huán)工藝的各項(xiàng)參數(shù)以及不同表面改性方法的復(fù)合對(duì)共滲層深度，相結(jié)構(gòu)，硬度梯度，耐磨性的影響進(jìn)行研究，并給出對(duì)應(yīng)的機(jī)理分析。借助OM、SEM，XRD和EDS等手段對(duì)共滲層組織結(jié)

2、構(gòu)和滲入元素進(jìn)行分析，并對(duì)改性層的顯微硬度、耐磨性進(jìn)行表征。
　　研究結(jié)果表明當(dāng)循環(huán)共滲溫度區(qū)間較低且循環(huán)周次較少時(shí)，氮?dú)浔葘?duì)共滲層的深度影響不大。共滲層深度主要取決于在高溫段的保溫時(shí)間，在低溫段的充氮量也是一個(gè)重要的因素。增加循環(huán)周次后的試驗(yàn)表明，在充入氮元素總量相近的情況下，保溫溫度區(qū)間較低的工藝下氮元素滲入的距離反而最遠(yuǎn)，對(duì)應(yīng)的表面硬度最低。循環(huán)氮碳共滲后試樣表面相結(jié)構(gòu)中主要是γ’-Fe4N相和ε-Fe2-3N相，還有少量的

3、α’-Fe相，在試樣表面并不能看到白亮層，這是由于循環(huán)方法所采用的特殊工藝造成的。循環(huán)共滲方法試樣表面上觀察到的氮化物外形不規(guī)則且化合物之間存在很多空隙。經(jīng)循環(huán)氮碳共滲改性后試樣表面的硬度均可達(dá)到1100HV0.1以上，磨損率只有2.49×10-5mm3/Nm，對(duì)應(yīng)的磨損機(jī)制主要為粘著磨損，還存在一定程度的氧化磨損和磨粒磨損。
　　循環(huán)氮碳共滲加激光表面淬火的方法并不適用于對(duì)M50NiL鋼進(jìn)行表面改性，會(huì)造成試樣表面和改性層的開(kāi)裂

4、，導(dǎo)致材料失效。氣體滲碳加氮碳共滲方法對(duì)于M50NiL鋼的表面改性取得了成功。復(fù)合改性試驗(yàn)表明后續(xù)的氮碳共滲可以使改性層從表面至內(nèi)部400μm的范圍內(nèi)形成一個(gè)高硬度平臺(tái)，此范圍內(nèi)的平均硬度值達(dá)到900HV0.1以上，對(duì)應(yīng)金相組織照片中的分層區(qū)域，對(duì)于改性層深度以及試樣表面的硬度影響不大，且復(fù)合改性后試樣的表面硬度小于單純進(jìn)行循環(huán)氮碳共滲獲得的試樣的表面硬度。表面相結(jié)構(gòu)中最主要的相為含氮，碳的α’-Fe相，還有一些低氮化合物相以及合金碳化