本文關鍵詞：直流電場及合金元素對鹽浴氮化影響研究

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【摘要】：鹽浴氮化技術是一種提高零部件表面耐腐蝕和耐磨損等性能的化學熱處理技術,具有工序簡單、環(huán)境污染小和容易操作等優(yōu)點。在鹽浴氮化過程中,活性氮原子通過氮化鹽浴受熱分解產(chǎn)生,同時由于熱擴散作用,活性氮原子向工件表面擴散,因此活性氮原子濃度和活性與處理溫度有直接關系。由于常用鹽浴氮化處理溫度約為570℃,該溫度下活性氮原子在氮化鹽浴中擴散速度較慢。因此,為獲得足夠的滲層深度,需要進行較長時間鹽浴氮化處理,從而導致鹽浴利用率和生產(chǎn)效率較低。本文自行設計了直流電場鹽浴氮化裝置,并首次研究直流電場對35鋼和42CrMo鋼鹽浴氮化催滲效果及組織性能的影響。同時,對比研究了碳含量相近的45鋼和42CrMo鋼,以了解合金元素對鹽浴氮化動力學的影響。采用金相顯微鏡、X-ray衍射儀、維氏顯微硬度計和電化學工作站等設備對鹽浴氮化后試樣進行組織、相結構表征以及性能測試。35鋼鹽浴氮化研究結果表明:直流電場可以顯著提高氮化效率。處理溫度為575℃時,外加電壓為7.5V的電場條件下,保溫50min獲得的化合物厚度與常規(guī)鹽浴氮化保溫100min相近,約為18.4μm;保溫100min時化合物層厚度提高到29μm。施加直流電場鹽浴氮化后,滲層主要物相同常規(guī)鹽浴氮化一樣,由ε-Fe3N及少量γ'-Fe4N構成。在溫度為575℃、保溫80min時,外加7.5V直流電場鹽浴氮化后,截面硬度達到750HV0.01,是基體硬度的3倍。直流電場鹽浴氮化后耐蝕性比常規(guī)鹽浴氮化進一步提高。動力學研究發(fā)現(xiàn),直流電場鹽浴氮化的擴散激活能為159kJ/mol,低于常規(guī)鹽浴氮化的擴散激活能184kJ/mol。同樣,直流電場對42CrMo鋼鹽浴氮化也具有顯著的促進作用。為獲得相同滲層深度,直流電場鹽浴氮化可以采用較低的溫度。保溫時間為80min時,外加電壓為7.5V的直流電場條件下,處理溫度為530℃獲得的化合物厚度與同樣時間常規(guī)鹽浴氮化處理溫度560℃相近,約為6.7μm;處理溫度為560℃時化合物層厚度提高到12.1μm。42CrMo鋼施加直流電場鹽浴氮化后滲層主要物相同常規(guī)鹽浴氮化一樣,均為ε-Fe3N、少量γ'-Fe4N和CrN。處理溫度575℃、保溫80min時,外加7.5V直流電場鹽浴氮化后的42CrMo鋼試樣截面硬度達到1146HV0.01,是基體硬度的3倍。直流電場鹽浴氮化后42CrMo鋼試樣在3.5%NaCl溶液中的耐蝕性比常規(guī)鹽浴氮化進一步提高。相同工藝條件下,42CrMo鋼鹽浴氮化表面形成的化合物層厚度比45鋼薄,但表面顯微硬度高;42CrMo鋼與45鋼相比,滲層除ε-Fe3N相和γ'-Fe4N相外,還存在CrN相。動力學分析表明,45鋼鹽浴氮化氮原子的擴散系數(shù)是42CrMo鋼的1.5倍;氮原子擴散激活能為225kJ/mol,低于42CrMo鋼的258 kJ/mol。
【學位授予單位】：常州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG161;TG142.1
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本文編號：1193831