【正文】 在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。從尊敬的導師身上，我不僅學到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學到了做人的道理。在我的學業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導教師的的督促指導，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。使高合金鋼在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用。最近這些年，氮是影響高合金鋼發(fā)展的主要因素。高硬度的馬氏體表面層對不銹鋼軸承、工具和齒輪很有利；而高強度和韌性的奧氏體表面層可提高不銹鋼件(如液流機械中的泵和閥門等)的耐空氣和體的腐蝕性。而固溶滲氮很好地解決了這一問題，在1100—1150℃ mm。但提高溫度，滲氮速度加快，又會使表面層的硬度有所下降。保溫時間為25—50 h，～。同時較高溫度下滲氮時析出的CrN 會降低基體鉻的含量,故其耐蝕性隨著滲氮溫度的升高而降低。在400 ℃滲氮形成了硬度高、致密性好的含氮過飽和固溶體，能夠阻礙腐蝕液尤其是氯離子的侵入,對基體有很好的保護,故耐蝕性能提高。之后隨著滲氮溫度的升高,自腐蝕電位下降(低于未滲氮試樣的) ,550℃滲氮試樣的自腐蝕電位最低。其主要原因是經(jīng)過處理形成了更多硬度高且彌散分布的氮化物。由圖76可知,與滲氮試樣相比,未滲氮試樣磨痕粗糙、擦傷嚴重、邊緣突起且塑性變形嚴重。圖74 550℃ 6h滲氮層的SEM形貌從圖75可以看出,隨著滲氮溫度的升高,滲氮層顯微硬度逐漸提高。ε相所儲存的氮原子此時一部分將變成氣相,另一部分將快速地向試樣內(nèi)部擴散。在550 ℃滲氮時ε相和γ′Fe4N 相峰強度的變化也證實這一點?；w主要是α2( Fe ,Cr) ,低溫形成了ε+α′N相,α′N 相隨著溫度的上升而發(fā)生分解,生成CrN相,由于450 ℃出現(xiàn)了CrN 衍射峰,可以認為α′N相的分解溫度范圍是400～450 ℃。在低溫下形成的單相被命名為S 相,即膨脹奧氏體γ′N ,分子式可能為(Fe4 ,Cr) N2 ；當溫度升高時該相極易分解,生成CrN (γ) 相和α相。在550 ℃時ε相峰強度突然降低,表明ε相在減少,相反γ′Fe4N相卻突然增多。500℃和550℃的CrN峰都較明顯。由圖73可知,400 ℃滲氮時幾乎沒有CrN析出。另外,氮優(yōu)先在基體中的Fe3C 上長大而不向內(nèi)部擴散,長大的Fe3(C,N) 也會阻止氮的進一步滲入,故滲氮層較薄。由圖72可明顯看到550℃的滲氮層比500℃的厚。L1的NaCl溶液) 。1)℃、無潤滑條件下進行耐磨性試驗, mm、硬度不低于62HRC的GCr15淬火鋼球, N ,時間20min；采用PS2268型電化學測量儀對不同溫度的滲氮試樣進行電化學耐蝕性試驗(三電極體系,參比電極為飽和甘汞電極SCE ,輔助電極為鉑片,掃描速率為1mVmin 1 ,氣壓850 ～ 950 Pa) , 分別在400 ,450 ,500 和550 ℃進行離子滲氮6h 。試樣尺寸為14 mm12 mm ,滲氮處理前將其機械拋光至表面粗糙度Ra ≤018μm。 試樣制備與試驗方法試驗用材料為3Cr13 不銹鋼,其化學成分(質(zhì)量分數(shù)/ %) , ,0. 52P , , , ,余Fe 。而將此項技術(shù)應用在耐蝕性能相對較低的馬氏體不銹鋼中進行表面改性的研究國內(nèi)卻鮮有報道。離子滲氮是提高不銹鋼表面硬度及耐磨性的有效方法,但是在應用離子滲氮對其進行表面處理時,材料表面有時會析出CrN及Cr2N相,造成基體貧鉻,在表面硬度顯著提高的同時會導致表面耐蝕性的嚴重惡化，失去不銹鋼的固有特征。用強氣淬系統(tǒng)來限定冷卻時間。但是在固溶滲氮過程中，爐內(nèi)加壓的氣體溫度為l150℃。低臺金鋼所需的PN3105Pa，這可在冷壁式真空爐中實現(xiàn)。這種爐子具有快速液體淬火的優(yōu)點，可防止氮化物的析出。 工業(yè)固溶滲氮對于高Cr，低Ni的不銹鋼固溶滲氮時，所需的PN低于105Pa。在使用過程中，兩類不穩(wěn)定的奧氏體均可能導致體積和殘余應力的變化。此轉(zhuǎn)變表明表面層內(nèi)顯微組織是不穩(wěn)定的，一些奧氏體含量低的CrNi不銹鋼易于誘發(fā)應變馬氏體或低溫馬氏體。4號馬氏體鋼的表面層中，Ni使奧氏體穩(wěn)定，表面氮的含量W(N)≈％。因此為了避免馬氏體心部硬度過大，固溶元素的含量應較低。馬氏體或奧氏體表面層分別與兩種或四種顯微組織相組合，因此必須找出一種最佳合金。圖61 不銹鋼心部和表面層之間顯微組織關(guān)系示意圖 最佳合金成分確定如上所述，只有穩(wěn)定的鐵索體不銹鋼不易于固溶滲氮，因為在TN下，與心部為面心立方晶格的奧氏體和混合顯微組織相比，體心立方晶格中加速晶粒長大。在二次硬化區(qū)深冷和450℃回火，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；4號鋼類似與含鎳的馬氏體不銹鋼。然而3號鋼心部的硬度幾乎是2號鋼的=倍。用圖61中列出的1～6號普通不銹鋼進一步說明心部和表面層的相互關(guān)系：l號為鐵素體不銹鋼，心部晶粒長大速度很快，鋼的化學成分落入陰影區(qū)，因此不推薦用作固溶滲氮；2號在回火條件下，也是鐵素體不銹鋼，從TN淬火后，心部馬氏體含量W為15％。心部為鐵素體／馬氏體或馬氏體與表面層為馬氏體的組合可用于不銹鋼軸承、工具、齒輪等。心部的顯微組織從鐵素體(F)加馬氏體(M)到奧氏體(A)逆時針排列。唯一晶粒細化的方法是在低于TN下遇火后接著加工硬化。對于馬氏體表面層，可通過在低于TN下進行二次硬化來細化晶粒。由于N和cr之間強的吸引力，與純鐵相比，不銹鋼中氮的擴散將受到阻礙。表面上氮的濃度隨距表面的距離的增大而減小。不銹鋼最適于固溶滲氮。其中Nb、V、Ti對氮的吸引力最大，但幾乎不使用，因為在TN下， Nb、V、Ti在鋼中的溶解度很低，形成不溶的氮化物析出。隨溫度的升高．氮的溶解度增大：隨PN的增加，氮的溶解度增大；而合金元素與氮的吸引力增強可提高氮的溶解度。 固溶滲氮工藝原理在固溶滲氮中．氣氛中氮的活度和溶入鋼表面氮的活度之間達到平衡。固溶滲氮工藝至少可改變表面層性能。固溶滲氮成本很低．可替代加壓冶金或粉末冶金生產(chǎn)的高氮鋼。然而根據(jù)合金的成分，淬火后也能得到高強度的奧氏體表面層。而固溶滲氮很好地解決了這一問題，在1100—1150℃ mm。但提高溫度，滲氮速度加快，又會使表面層的硬度有所下降。保溫時間為25—50 h，～。，其耐磨性能提高4～5倍，而耐腐蝕性基本保持不變；常規(guī)滲氮溫度下離子滲氮，雖然耐磨性能也提高4～5倍，但由于奧氏體不銹鋼表面有鉻的氮化物析出，使其耐腐蝕性能大幅度下降。未經(jīng)滲氮處理的奧氏體不銹鋼由于其表面形成了一層Cr的氧化膜(鈍化層)而起到保護基體作用，因而耐腐蝕性好；低溫離子滲氮后其耐腐蝕性基本不變， 原因是其表面形成了過飽和奧氏體固溶體，沒有鉻的氮化物析出；而經(jīng)520℃滲氮處理的奧氏體不銹鋼其耐腐蝕性能有較大的下降，原因是Cr與N的親和力比Fe 與N 的強，滲層中有大量Cr的氮化物(CrN、Cr2N)析出，使基體貧鉻，在表面硬度顯著提高的同時表面耐腐蝕性能嚴重惡化。從腐蝕液中取出試樣吹干后用分析天平稱出它們的質(zhì)量， 與浸泡前的質(zhì)量相比，未經(jīng)滲氮處理、10102 102 mg/mm2奧氏體不銹鋼經(jīng)離子滲氮后，由于其表面生成了CrN、Cr2N，而CrN比FeN 的生成熱高，因而更穩(wěn)定，硬度也更高，耐磨性能得到了很大的提高。由圖53可見，經(jīng)過滲氮處理的奧氏體不銹鋼其耐磨性能比未處理時提高了4～5 倍。 滲氮溫度對耐磨性能的影響圖53為奧氏體不銹鋼離子滲氮處理前后耐磨性能的對比圖。從圖52的滲氮層微觀組織來看，試樣S1的滲氮層經(jīng)腐蝕液腐蝕后呈白亮色，沒有看到明顯的滲氮層；而試樣S2的滲氮層經(jīng)腐蝕液腐蝕后呈黑灰色?？芍?，擴散系數(shù)與溫度密切相關(guān)，同時鉻與氮元素之間具有很強的親和力， 也限制了氮的擴散， 因此低溫離子滲氮時得到的滲氮層薄。其原因是滲氮溫度低，活性[N]離子少，[N]離子擴散系數(shù)關(guān)系式為：D=D0EQ/RT。通過加強離子濺射，可全方位、較均勻地摧毀不銹鋼表面的原生鈍化膜和再生鈍化膜， 活化金屬表層和亞表層，使不銹鋼表面晶格缺陷或位錯密度增加，有利于[N]的吸附和擴散。圖52為試樣橫截面滲層金相圖，其中圖52(a)為試樣S1的橫截面滲層金相圖，圖52(b)為S2的橫截面滲層金相圖，其滲層深度為65μm。從圖51可以看出，試樣SS2的表面硬度是基體的4～5 倍。由于所得到的滲層比較薄，試驗用小的載荷測量準確，采用50g 載荷， 載荷時間為15s。利用HX1000 型顯微硬度計測量試樣滲氮層橫截面的硬度梯度； 通過倒置金相顯微鏡ICM405 表征試樣的滲氮層形貌； 耐磨試驗是在立軸盤銷式摩擦磨損試驗機MPX2000 上進行； + ，室溫(約25℃)下浸泡24 h 后，用TG328A 分析天平稱重，用失重率來評價耐腐蝕性能。兩組實驗條件均為：在試樣加熱到保溫溫度前采用高電壓低氣壓，加強離子濺射，去除不銹鋼表面的鈍化層；保溫時氣壓為250～300 Pa，電壓為650～750V，占空比根據(jù)溫度調(diào)整，保溫時間均為4 h，保溫結(jié)束后繼續(xù)通NH3抽真空保護，自然冷卻到室溫后開爐，取出試樣。實驗前依次用水磨砂紙打磨試樣，去油污，酒精清洗吹干，放到陰極盤的中央，抽真空到50Pa以下。測溫系統(tǒng)由紅外測溫儀IT8 測量。 試驗材料及方法試驗在自行研制的30kW 直流脈沖離子滲氮爐內(nèi)進行。通過離子滲氮提高不銹鋼的表面強度，從而提高其耐磨性能來延長使用壽命是一種有效的方法奧氏體不銹鋼不能通過相變進行強化，而且常規(guī)離子滲