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离子氮化扩散层中脉状氮化物的控制

时间:2017-03-28? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击: 次
        脉状氮化物是一种沿着原奥氏体晶界析出常呈现出与表面平行分布的氮化物,严重时也会形成网状。脉状组织对渗氮层的机械性能有不良影响,增大了扩散层的脆性,并导致早期疲劳断裂,所以一般均把它视为渗氮金相组织中的一种缺陷。关于脉状组织的本质和形成机理还存在着不同看法,一般认为脉状组织是一种碳氮化合物,普通气体渗氮或在中性和增碳性气氛中进行离子氮化容易形成脉状氮化物,而在非增碳性气氛中,在扩散层的外部抑制了明显的晶间析出。图是30CrMoV9钢在含碳气氛和脱碳气氛中离子氮化,碳、氮浓度在扩散层中的分布。试样表面含碳量下降是在不含碳的气氛中离子氮化时发生脱碳所致。碳氮化合物析出强度最大处常在含碳量最高处,因此在含碳气氛中离子氮化脉状氮化物析出强度在接近化合物层处最大。而在脱碳气氛中,麦状氮化物析出强度最大处是在由表面低碳逐渐达到心部含碳量的地方,但比前者要弱得多。从而制止了碳氮化合物在表层析出,这对提高扩散层韧性有很好的贡献。
碳氮浓度分布与碳氮化合物析出强度关系
碳氮浓度分布与碳氮化合物析出强度关系
        为了抑制脉状氮化物析出,除了气氛不含碳以外,还要求气氛的氮势低,含氢量高,最好渗氮时表面不形成化合物层。因为表面出现化合物层后,溅射脱碳的速度将大大减慢,为此采用低气压,高电压离子轰击,增强阴极溅射,有阻碍化合物层形成和加速溅射脱碳的作用,对抑制脉状氮化物的形成是有利的。
        渗氮气氛中若含有少量氧气和水蒸气将大大强化脉状氮化物的析出。
        渗氮温度提高脉状组织趋于严重,数量增多而且变得粗大。38CrMoAlA钢在高温或者高压条件下离子氮化还经常发现在扩散层的一定深度内形成了堆积带状组织。脉状组织随渗氮时间的延长而增多。如38CrMoAlA钢在氨气中530℃,渗氮4小时就发现有少量轻微脉状组织。8小时后脉状就很明显了,但很细短,经16小时渗氮后仍较细,但脉较长.当渗氮24小时后脉状组织显著的变长了。
        除了工艺因素显著影响脉状组织的数量、粗细和分布外,钢的化学成分和组织对它也有很大影响。含Cr钢容易出现脉状组织,而且含Cr量越高越严重。例如40Cr、38CrMoAlA和25Cr2MoAl三种钢的含多量分别为1%、1.25%和2.25%在同样条件下离子氮化,40Cr脉状最轻微而25Cr2MoAl最严重。资料对38CrMoAlA沿渗氮层进行扫描电子探针微区分析发现,在脉状物处碳铬的含量皆高,从而认为它是一种合金碳氮化合物。钢中其他元素对脉状组织形成影响的研究报导还不多见。
        晶粒度也有影响,在过热的粗大晶粒的38CrMoAlA钢中,渗氮后将得到具有粗大脉状组织的扩散层。在零件的棱角或尖角处,由于氮从两个或两个以上的方向同时渗入,结果在这些部位将出现较严重的脉状氮化物甚至形成网状氮化物。

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