【正文】 光澤對(duì)產(chǎn)品的使用及價(jià)格有決定性的影響，熱處理時(shí)產(chǎn)生的氧化鐵皮，將嚴(yán)重影響表面光澤；要確保避免不銹鋼表面的劃傷：熱處理時(shí)產(chǎn)生變形。 奧氏體不銹鋼的代表鋼種是188鋼（304），因?yàn)槭菉W氏體組織，所以具有無磁性且沒有淬硬性等特點(diǎn)。相分解物固溶到奧氏體中，然后快速冷卻，使碳呈固溶狀態(tài)的奧氏體保持到常溫，這―處理過程即為固溶處理。從這個(gè)角度而言，加熱溫度越高越好，但加熱溫度偏高同時(shí)又可能引起晶粒過分長(zhǎng)大、氧化鐵皮增厚等缺陷。就加熱時(shí)間而言，不銹鋼的導(dǎo)熱率低（特別是在低溫時(shí)），升到高溫后（700―800℃）導(dǎo)熱率才有提高。 表31奧氏體不銹鋼固溶處理保溫時(shí)間厚度，mm＜＜＜＜＞保溫時(shí)間，min515306060表32奧氏體不銹鋼固溶處理加熱時(shí)間工作直徑或厚度，mm到固溶化的升溫時(shí)間在固溶化溫度的保溫時(shí)間1/2h10～20min3/4h511h51761h761001h為防止已固溶的碳化物析出，冷卻速度也很重要，特別是在600～700℃時(shí)，碳化物析出較多而發(fā)生敏化，所以必須進(jìn)行快速冷卻。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，斷面較大的材料一般考慮采用加入Ti、Nb等元素的穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，因?yàn)門i、Nb等元素對(duì)碳親和力較大，這類穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼（如 32347等）可以不需要水淬或其它快速冷卻措施進(jìn)行快冷。此類鋼為單相組織，沒有相變，具有強(qiáng)磁性。美國(guó)在60年代以降低不銹鋼成本為目標(biāo)開發(fā)的廉價(jià)不銹鋼種409，廣泛地應(yīng)用于汽車、摩托車的消音器和下水管道等，也是屬于鐵素體鋼。因此在熱處理時(shí)為避免晶粒長(zhǎng)大以及發(fā)生奧氏體相變，加熱溫度不宜過高，―般退火最高加熱溫度不超過850℃。表33鐵素鐵不銹鋼的參考退火溫度中國(guó) GB 4237美國(guó) AISI ASTM日本 JISG 4303退火溫度，℃1Cr17430SUS 430750～85000Cr12410LSUS 410L700～8200Cr13Al405SUS 405780～8301Cr15429SUS 429780～8501Cr17Mo434SUS 434780～850鐵素體不銹鋼在退火處理時(shí)，一定要縮短在370～550℃溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間，特別是對(duì)于高鉻的鐵素體不銹鋼。有實(shí)驗(yàn)表明：27Cr鋼在475℃加熱 100小時(shí)后，材料在常溫時(shí)的抗拉強(qiáng)度增加50％，屈服強(qiáng)度增加l50％，而延伸率為零。 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼同前兩種不銹鋼的特性明顯不同，顧名思義，就是從高溫奧氏體狀態(tài)快冷（淬火）轉(zhuǎn)變成馬氏體組織而成的。而且因其含鉻高，淬透性好，回火時(shí)可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整其強(qiáng)度和韌性，因此，馬氏體不銹鋼既可以作結(jié)構(gòu)鋼用，也可以作工具鋼。為進(jìn)行淬火，必須加熱升溫到臨界點(diǎn)以上，以便碳化物固溶到奧氏體中。當(dāng)然，加熱時(shí)間過長(zhǎng)、加熱溫度過高會(huì)造成馬氏體組織不均勻，殘余奧氏體組織增多，從而使材料內(nèi)部因膨脹差而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。在作結(jié)構(gòu)鋼用時(shí)，應(yīng)在淬火的基礎(chǔ)上進(jìn)行回火（調(diào)質(zhì)狀態(tài)）。從回火溫度冷卻時(shí)，為避免回火脆性一般采用油冷；有時(shí)為了得到較高的屈服極限，也可以采用空冷，但這時(shí)結(jié)構(gòu)鋼的一個(gè)重要力學(xué)指標(biāo)沖擊值會(huì)下降。奧氏體、鐵素體、馬氏體三類不銹鋼雖然應(yīng)用面較廣，但作為結(jié)構(gòu)鋼使用，還存在著一些難以克服的缺陷。對(duì)于那些要求最佳抗蝕性能與最大強(qiáng)度的用途，開發(fā)出了新型的Cr－Ni不銹鋼——沉淀硬化型不銹鋼（也稱PH不銹鋼）。其特點(diǎn)是：完全退火狀態(tài)較軟，易于再加工。 具有與同類不銹鋼一樣的耐蝕性，提高了抗應(yīng)力腐蝕斷裂的性能。常用的沉淀硬化型不銹鋼是馬氏體型，其代表鋼種是631（0Crl7Ni7A1）。 論文的目的和意義不銹鋼的固溶滲氮技術(shù)在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。使之能在正常的生產(chǎn)中運(yùn)行，也為該項(xiàng)技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的不銹鋼氮化工藝雖然提高了不銹鋼的硬度，卻在氮化層中析出了氮化物，由于氮化物在奧氏體晶界擇優(yōu)生長(zhǎng)，消耗了鉻，導(dǎo)致奧氏體基體中的鉻減少，結(jié)果使不銹鋼的耐蝕性下降 。 試驗(yàn)材料及方法 試驗(yàn)材料304奧氏體不銹鋼和904 L奧氏體不銹鋼化學(xué)成分見表1．從304 板材上切取尺寸為30mm x 10mm x 4 mm的試樣作為滲氮試樣，從9O4 L棒材上切取尺寸為直徑lO mm10 mm的試樣作為滲氮試樣．由于奧氏體不銹鋼的表面有一層致密的具有保護(hù)護(hù)性的鈍化膜（Cr2O3，NiO2等），阻礙了氮原子的滲入，因此，氮化前將試樣表面磨至500砂紙，以去除鈍化膜。將磨制好的試樣放入一端焊接密封好的不銹鋼管中，鋼管的另一端連接純氮?dú)馄俊１疚膶?duì)固溶滲氮工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，工藝參數(shù)的變化范圍為：固溶滲氮溫度900℃一1150℃，滲氮時(shí)間2h一16h．對(duì)試樣的冷卻方式采用水冷，為了觀察表面氮化物的析出情況，還對(duì)1000℃，1 MPa,8h氮化工藝下的試樣進(jìn)行了隨爐冷卻．將氮化試樣的橫截面用砂紙依次磨1200 ，拋光后，用王水腐蝕．在型號(hào)為JSM一6360LV的掃描電鏡下觀察試樣橫截面的金相組織．用HX1型顯微硬度計(jì)測(cè)定試樣橫截面的顯微硬度，實(shí)驗(yàn)載荷為0．98 N．從表面至心部每隔100μm打三個(gè)點(diǎn)取其平均值．部分試樣用D／Max38型x射線衍射儀進(jìn)行物相分析．采用EPMA1600型電子探針在橫截面上從表面向內(nèi)部逐點(diǎn)分析氮含量(電子束直徑為5μm，兩點(diǎn)間距離為50 μm～200μm)．圖41 固溶滲氮裝置采用CP5—1綜合腐蝕測(cè)試儀與三電極體系對(duì)氮化后的試樣進(jìn)行耐蝕性的測(cè)量，所用溶液為1 mol／L的稀硫酸。以60 mV／min的速度進(jìn)行陽極極化掃描．為了比較氮化前后的耐蝕性能，切取氮化前后面積相同的試樣進(jìn)行耐蝕試驗(yàn)．為了避免縫隙腐蝕發(fā)生，采用圖42所示的封樣方法。圖42 極化曲線測(cè)定試樣制備法 試驗(yàn)結(jié)果及分析用掃描電子顯微鏡觀察滲氮層的金相組織．經(jīng)過固溶處理的未滲氮試樣為單相奧氏體組織(如圖43a，43c)。水冷試樣由于冷卻速度比較快，氮化物來不及析出，氮固溶到基體中成為單相奧氏體組織(如圖43d)。8h）（c）904L 固溶處理未氮試樣（d）904L水冷試樣（1050，1MPa，8h）圖43 試樣表面的金屬組織 顯微硬度部分試樣橫截面上的的顯微硬度測(cè)量結(jié)果如圖44所示。904L在1000℃，1MPa，8h水冷的氮化工藝條件下，表而顯微硬度為HV270左右， mm處，其顯微硬度與未滲氮試樣相同；304在1050℃，1MPa，12h水冷的氮化工藝條件下，表面顯微硬度為HV294左右，其顯微硬度與未滲氮試樣相同。圖45(a)為氮?dú)鈮毫?MPa、保溫時(shí)間4h，不同滲氮溫度的氮濃度分布曲線。試樣表面的氮含量隨溫度的升高而增加，900℃％ ，1 000℃％ ，1150℃％．隨著滲氮溫度的升高，滲氮層的氮濃度分布曲線越來越平緩．圖45(b)為滲氮溫度l050℃ 、氮?dú)鈮毫?MPa，不同保溫時(shí)間的氨濃度分布曲線。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，其濃度分布曲線越來越平緩。圖45 不同氮化條件下的氮濃度分布 X射線分析904L固溶滲氮試樣的x射線衍射分析結(jié)果如圖46所示．圖46(a)為1000℃，1MPa，8h水冷的氮化工藝條件下試樣的x射線衍射圖，只有r相．圖46(b)為1000℃1MPa，8h氮化工藝條件下爐冷試樣的x射線衍射圖，除了r相，還出現(xiàn)了CrN相．這是由于固溶滲氮試樣爐冷時(shí)，r相溶氮氮能力下降，結(jié)果使表面析出了CrN。圖46 904L固溶滲氮試樣的X射線衍射圖 極化曲線304奧氏體不銹鋼在1mol／L的硫酸溶液中的陽極極化曲線如圖47所示。圖47表明在鈍化狀態(tài)下氮化試樣的腐蝕率低于未氮化試樣，而且氮化試樣的鈍態(tài)范圍也比未氮化試樣寬，鈍化膜破壞電位較未氮化試樣高。該極化曲線在1700 mV以上的電流密度突然增大，是由于鈍化膜被破壞。表面氮濃度在0．330％～％之間變化，表面氮濃度隨溫度的升高而增加，隨壓力的增大而增加．滲氮層深度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。304不銹鋼奧氏體的顯微硬度由氮化前的HV220左右提高到HV290左右，％；904L奧氏體不銹鋼的顯微硬度由氮化前的HV200左右提高到HV270左右，％。，獲得了優(yōu)于未氮化試樣的耐蝕性能。但由于不銹鋼的硬度低、耐磨性差，使其在許多場(chǎng)合的應(yīng)用受到限制，尤其是在腐蝕、磨損和重載等多種因素同時(shí)存在的條件下，顯著縮短不銹鋼零件的使用壽命。本文利用自行研制的直流脈沖離子滲氮設(shè)備，對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行低溫離子滲氮處理，在其耐腐蝕性基本保持不變的情況下提高其表面硬度，從而提高其耐磨性能，同時(shí)與常規(guī)滲氮溫度下的離子滲氮處理試樣進(jìn)行比較。直流脈沖電源的參數(shù)為電壓0～1000V可調(diào)，占空比15%～85%可調(diào)，頻率1kHz。 其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%) 為：， ， ， ，余為Fe；試樣尺寸準(zhǔn)24mm10mm。試驗(yàn)分兩組進(jìn)行， 一組采用低溫離子滲氮方法，即加NH3進(jìn)行離子滲氮(記為S1)，保溫溫度為450℃；另一組采用常規(guī)離子滲氮方法，即加NH3進(jìn)行離子滲氮(記為S2)，保溫溫度為520℃。 試樣表征剖開處理后的試樣， 依次用水磨砂紙打磨橫截面，金相砂紙打磨，拋光機(jī)拋光，再用腐蝕液腐蝕(腐蝕液配方為：CuCl2 2g、HCl10g、乙醇10g )。 結(jié)果與討論 顯微硬度和金相顯微鏡檢測(cè)