【正文】 微鏡檢測圖51為試樣SS2的滲氮層硬度梯度曲線。 。低溫離子滲氮(450℃)得到的滲氮層硬度梯度大；而常規(guī)離子滲氮(520℃)硬度梯度較為平緩，與低溫離子滲氮相比，常規(guī)離子滲氮層的硬度梯度得到了較大的改善。圖51 滲氮層硬度梯度曲線圖52 滲氮層顯微金相圖在離子滲氮過程中，保溫之前采用高電壓(1000V)、低氣壓(100～120Pa)加強(qiáng)離子濺射去除試樣表面的鈍化層。由圖51可以看出，低溫離子滲氮，雖然表面也得到高的硬度，但是滲層淺，硬度梯度大。式中：D0和Q 為[N]在Fe 的不同相中擴(kuò)散的常數(shù)。而當(dāng)溫度升高后，活性[N]離子多，[N]離了擴(kuò)散加快，得到的滲氮層比較厚。說明在450℃滲氮處理時滲層中沒有鉻的氮化物析出，低溫離子滲氮形成了過飽和奧氏體固溶體；而在520℃滲氮處理時有鉻的氮化物析出。實驗所加載荷為10N，轉(zhuǎn)速為80 r/min，時間為15h。低溫離子滲氮(S1)由于滲層淺， 其耐磨性能比常規(guī)溫度下的離子滲氮(S2)稍差。圖53 奧氏體不銹鋼滲氮前后的磨損量 滲氮溫度對耐腐蝕性能的影響+ mol/LHCl 溶液中于室溫(約25℃)下浸泡24 h，可明顯看到，浸泡經(jīng)常規(guī)溫度離子滲氮處理后試樣的腐蝕液變?yōu)榛鞚?。h。 采用低溫和常規(guī)滲氮溫度對奧氏體不銹鋼進(jìn)行離子滲氮，低溫離子滲氮得到的滲氮層較薄，硬度梯度大。4 不銹鋼固溶滲氮傳統(tǒng)的不銹鋼滲氮工藝，一般采用的溫度為500～6OO℃ 。為提高滲氨層深度，就必須提高溫度，加快擴(kuò)散，并延長滲氮時間。因此滲氮層淺一直是滲氮工藝中存在的問題。若不銹鋼中的奧氏體不穩(wěn)定，在淬火過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，那么固溶滲氮和傳統(tǒng)的滲氮工藝有很大的差別，而是與表面淬火更接近。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(qiáng)度和韌性的奧氏體表面層可提高不銹鋼件(如液流機(jī)械中的泵和閥門等)的耐空氣和體的腐蝕性。最近這些年，氮是影響高合金鋼發(fā)展的主要因素。使高合金鋼在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。表面上氮的平衡含量取決于三個因素：滲氮溫度TN 、氮氣分壓PN和合金元素的含量c。合金元素與氮的吸引力由大到小的順序依次為：N、C、Si、Al、Ni、Co、Cu、W、Mo、Mn、Cr、Nb、V、Ti。因此Cr是主要的合金元素。氮在鋼中的擴(kuò)散遵守Fick第二定律。假如不銹鋼無方向性且恒定的擴(kuò)散，井和濃度無關(guān)，那么利用擴(kuò)散曲線，就可以計算出dN。為限制保溫時間，將TN提高到超過低合金鋼表面強(qiáng)化時的溫度，但這會加速表面的晶粒長大。但是對于穩(wěn)定的奧氏體表面層并不適用。 心部和表面層顯微組織的關(guān)系不銹鋼的種類很多，因此必須確定哪一種最適于固溶滲氮，以及能預(yù)測從TN淬火后心部和表面層得到什么顯微組織?圖61為心部和表面層之間顯微組織關(guān)系的示意圖。在表面層中，在固溶滲氮中由于氮的滲人使奧氏體更加穩(wěn)定，因此表面層馬氏體的轉(zhuǎn)變預(yù)計僅在低合金鋼中產(chǎn)生(左下方)。其余的高合金不銹鋼趨于形成穩(wěn)定的奧氏體，這對于有流體流動的機(jī)器部件是很有利的。在TN時是奧氏體和鐵素體阻礙心部的晶粒長大；3號鋼在TN時，幾乎完全是奧氏體，因此與1號鐵素體不銹鋼相比，奧氏體阻礙心部的晶粒長大。淬火后，2號、3號鋼表面層都有馬氏體和殘余奧氏體。鎳的高含量導(dǎo)致在較軟的馬氏體心部周圍產(chǎn)生奧氏體表面層；5號鋼為奧氏體不銹鋼，心部和表面完全是奧氏體；6號鋼為雙相鋼，心部為鐵素體和奧氏體，表面層完全是奧氏體。其它幾種不銹鋼理論上都適于固溶滲氮，但是有些不銹鋼有點困難，其余的都不一定能用。用滲氮表面硬化的不銹鋼，心部硬度通過高合金含量來提高。在心部加入Ni和Co可抑制a—Fe的生成，但也增加了表面層中殘余奧氏體的含量。在擴(kuò)散區(qū)，奧氏體的硬度隨距離的增加而降低，然后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體的硬度降低到心部水平。這種組織不穩(wěn)定性僅限于奧氏體／馬氏體心部。提高Ni的含量將降低氮的溶解度得到穩(wěn)定的奧氏體不銹鋼(5號鋼)，用Mn代替Ni可提高溶解度。在這種情況下，可采用充Ar+N2 混臺氣體的熱壁爐膛。PN105Pa時的熱壁爐，需具有特殊的抗蠕變力設(shè)計，而且熱壁沒有用。為了通過對流從熱交換獲得熱量，通常將爐膛充滿氮氣加熱到800℃。密封良好的石墨爐室被有效冷卻后可減少熱量向冷壁傳遞。5 滲氮溫度對3Cr13不銹鋼表面滲氮層組織和性能的影響不銹鋼具有較好的耐蝕性能,但耐磨性能較差,這限制了其應(yīng)用范圍。近年來許多學(xué)者在滲氮過程中,通過降低滲氮溫度在奧氏體不銹鋼表面形成單一的S相,在提高材料表面硬度的同時也可以提高其耐蝕性能,并取得了一些進(jìn)展。為此,作者探索了滲氮溫度對3Cr13不銹鋼滲氮層組織和性能的影響。硬度為242 HV。用丙酮(分析純)對試樣進(jìn)行清洗后置于LDMC21型(15kW)真空等離子多功能處理設(shè)備中,通入氨氣(半閉真空泵閥門, L采用CMM230 型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行滲氮層截面形貌(用FeCl3+HCl溶液浸蝕)、磨損形貌觀察；采用Bruker2axs2D8型X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行表面物相分析；采用HV21000型島津顯微硬度計( ,加載時間20s)進(jìn)行滲氮層表面硬度及滲氮層(定義硬度不小于350HV的為滲層)深度的測定；采用HT2500型球盤式摩擦磨損試驗機(jī)在溫度(36177。s1 ,腐蝕液采用質(zhì)量濃度為35g 試驗結(jié)果與討論由圖71可以看出,滲氮溫度對滲氮層厚度的影響顯著,隨著溫度的升高,滲氮層厚度增加。圖71 3Cr13不銹鋼在不同溫度滲氮6h后的滲氮層溫度（a）500℃（b）550℃圖72 3Cr13不銹鋼在不同溫度滲氮6h后的截面形貌當(dāng)滲氮溫度較低時,3Cr13 馬氏體不銹鋼基體中過飽和的碳占據(jù)了與氮相同的間隙位置,且不能移位,使擴(kuò)散間隙減少,從而影響氮的擴(kuò)散。溫度升高后,原子活性增大,氮的擴(kuò)散相對容易,且擴(kuò)散壁壘εFe2 (C,N) 相或εFe3(C,N)相會發(fā)生分解,也有利于氮的擴(kuò)散。450 ℃出現(xiàn)了明顯的CrN 衍射峰。四個溫度下, 均有εFe2N 和εFe3N相,ε相在500 ℃的峰強(qiáng)度最大。圖73 3Cr13不銹鋼在不同溫度滲氮后的XRD譜對奧氏體不銹鋼進(jìn)行滲氮處理時,當(dāng)溫度較低時氮化物析出將被抑制,形成單相硬化層。在馬氏體不銹鋼低溫滲氮時,也會出現(xiàn)類似的高氮相,由于試樣表面滲氮層較薄,XRD 檢測未能發(fā)現(xiàn)。當(dāng)滲氮溫度較高時,試樣表面的高氮ε相迅速轉(zhuǎn)變?yōu)棣谩? Fe4N 相,并且在很短時間內(nèi)完全轉(zhuǎn)變。而在500 ℃滲氮時出現(xiàn)了明顯的γ′Fe4N 相,故3Cr13不銹鋼氮化時ε相的分解溫度范圍是450～500 ℃。從圖74可見,試樣表層有一層黑薄層,它主要由γ′Fe4N 相和CrN相組成,該相比次表面的其他相的耐蝕性都要低。其主要原因是形成了彌散分布的氮化物所致,且如果氮化物由ε相、CrN 相、γ′相混合組成時,由于面心立方晶格和密排六方晶格是不同的,因而在相鄰邊界會產(chǎn)生應(yīng)力,促使表面硬度進(jìn)一步提高。隨著滲氮溫度的升高,在外加載荷的作用下,發(fā)生塑性變形、粘著和撕裂的程度顯著減輕,較高溫度下滲氮試樣磨損表面平滑, 磨痕淺。圖75 在不同溫度下3Cr13不銹鋼滲氮6h后表面的顯微硬度、（a）未處理（b）450℃（c）500℃（d）550℃圖76 未處理和不同溫度滲氮試樣的磨損表面形貌在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由圖77可以看見,在氯離子腐蝕介質(zhì)中,低溫滲氮(400℃)試樣的自腐蝕電位高于未滲氮試樣的。上述結(jié)果表明,3Cr13不銹鋼在400℃等離子滲氮層的耐蝕性能比未滲氮試樣的有所提高,隨著滲氮溫度的升高滲氮層的耐蝕性能呈下降趨勢。而隨著溫度的升高,表面相分解生成新相,破壞了含氮過飽和固溶體及ε相的致密性,腐蝕液侵入后,形成大量微原電池。圖77 超聲處理時間對A356合金力學(xué)性能的影響結(jié)論本文主要是從不銹鋼的材料、分類、不銹鋼的主要作用和熱處理特點以及固溶滲氮的含義、基本原理等等對不銹鋼的固溶滲氮技術(shù)作了一系列的概括和闡述傳統(tǒng)的不銹鋼滲氮工藝，一般采用的溫度為500～6OO℃ 。為提高滲氨層深度，就必須提高溫度，加快擴(kuò)散，并延長滲氮時間。因此滲氮層淺一直是滲氮工藝中存在的問題。根據(jù)合金的成分，淬火后能得到高強(qiáng)度的奧氏體表面層。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。固溶滲氮工藝至少可改變表面層性能。致謝經(jīng)過幾個月的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)論文設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。在此要感謝我的導(dǎo)師老師***老師，是您的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。參考文獻(xiàn)1 金屬熱處理手冊1第2卷, 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2 胡光立，（修訂版）.西北工業(yè)大學(xué)出版社,．3 戴起勛， 化學(xué)工業(yè)出版社,．4 齊寶，陳路， 化學(xué)工業(yè)出版社,．5 中國機(jī)械工程學(xué)會熱處理專業(yè)學(xué)會《熱處理手冊》編委會編．熱處理手冊．第3版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20016 孟少農(nóng)主編．機(jī)械加工工藝手冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19987 張博主編．金相檢驗．北京：機(jī)械工業(yè)出版社8 顧紀(jì)清主編．不銹鋼應(yīng)用手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2