純鐵氣體滲氮層的微觀組織及力學性能調控.pdf

1、滲氮處理可顯著提高鋼鐵材料的表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性和疲勞強度等，因此在工業(yè)上有著廣泛的應用。滲氮層通常由化合物層和擴散層組成，由ε-Fe2~3N和γ′-Fe4N組成的化合物層具有很高的硬度，能顯著提高滲氮件的表面硬度、耐磨性和耐腐蝕性。相對化合物層而言，擴散層的硬度較低，但其韌性較好且厚度遠大于化合物層，因此，擴散層的微觀組織及性能對整個滲氮層的性能有很大的影響。擴散層的微觀組織受滲氮工藝、冷卻速度及后續(xù)熱處理等因素的影響。目前，關

2、于擴散層微觀組織的調控研究還沒有深入開展。本文以厚度為1mm的工業(yè)純鐵為原材料，純鐵試樣經過不同工藝的氣體滲氮后轉變成完成滲透的滲氮層樣品。以滲氮層樣品為研究對象，采用多種表征手段系統(tǒng)地研究了滲氮時間、滲氮溫度、不同冷卻速度及后續(xù)人工時效對滲氮層組織和力學性能的影響，同時探討了化合物層對整個滲氮層拉伸疲勞性能的影響。主要得到以下結論：
　　(1)580℃滲氮后的滲氮層只有化合物層和擴散層，而630℃滲氮后在化合物層和擴散層之間存在

3、過渡層，該過渡層在滲氮溫度下處于奧氏體狀態(tài)。
　　(2)化合物層由ε-Fe2~3N和γ′-Fe4N組成，高溫氣體滲氮會降低氮勢，有利于化合物層中γ′-Fe4N的形成，但最終趨勢是形成ε-Fe2~3N。滲氮的溫度越高、時間越長，化合物層就越厚。滲氮層的表面硬度隨著滲氮時間的延長先升高后降低，滲氮層的拉伸強度隨著滲氮時間的延長而逐漸增加，但其塑性越來越差。
　　(3)滲氮后不同的冷卻速度對擴散層的組織有很大的影響，空冷和爐冷的冷

4、卻速度較慢，從而使樣品擴散層中析出α′′-Fe16N2和γ′-Fe4N；冷卻速度較快的油淬和水淬抑制了擴散層中析出相的析出，因此油淬和水淬樣品的擴散層中未見α′′-Fe16N2和γ′-Fe4N。但是水淬和油淬試樣有明顯的自然時效強化現(xiàn)象，且在自然時效過程中，冷卻速度越快，自然時效后擴散層的硬度就越高；從拉伸性能來看，冷卻速度的增加有利于提高滲氮層的強度，但降低了其延伸率，綜合考慮，油淬樣品具有高強度和良好的延伸率。
　　(4)人工