论文部分内容阅读
氮碳共渗是一种常见的表面化学热处理工艺。钢铁材料经过氮碳共渗后,表面一般会形成由ε和γ′组成的氮碳化合物层,使材料表面具有较高的硬度,优良的耐磨、耐蚀等性能。对纯铁及碳素钢而言,其氮碳共渗形成的化合物层的最大硬度大约只有600HV,具有厚度薄、韧性差等缺点。本文对低碳钢的气体氮碳共渗及后续淬火展开研究,通过调控氮碳共渗时间、NH3和CO气体流量、淬火温度、淬火保温时间等工艺参数来调控低碳钢气体氮碳共渗表面层的微观组织和性能。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、金相显微镜（OM）、透射电子显微镜（TEM）以及显微硬度计等测试仪器,探究氮碳共渗淬火试样强化层的微观结构和性能等。主要得出以下结论:（1）低碳钢经过气体氮碳共渗及后续淬火处理后,表面形成由残余奥氏体γ相和马氏体α′相组成的复相强化层,最高硬度高达1000HV0.05。为了减少经过淬火后试样表层形成的孔洞,对前期氮碳共渗中气氛流量和后续淬火参数进行调节,发现低NH3和高CO流量均可以使孔洞层厚度降低。随着奥氏体化温度的升高和时间的延长,复相强化层中奥氏体逐渐减少,孔洞逐渐增多。最后确定在NH3流量为70sccm,奥氏体化温度和时间分别为680℃、0.5h时复相强化层具有最佳的致密性和硬度。（2）冷却速度对奥氏体化氮碳共渗层组织和性能有很大的影响。淬火介质为液氮、水、油时,奥氏体均发生马氏体相变,形成马氏体加残余奥氏体组织。空冷和炉冷使奥氏体发生分解,形成珠光体组织。随着冷却速度的减慢,室温下强化层中残余奥氏体γ相逐渐减少。当强化层转变为珠光体时,其显微硬度下降,其中炉冷试样的强化层硬度降至400HV0.05左右。（3）奥氏体化淬火试样经中低温回火14h后,油淬复相强化层中残余奥氏体逐渐发生贝氏体转变,形成α+γ′的复相组织,同时淬火马氏体转变成回火马氏体。当低温回火温度不高于120℃时,其硬度相对于淬火态略有提高;当回火温度在140℃至200℃之间时,硬度仍然保持在800900HV0.05,但仍存在大量未分解奥氏体;当回火温度高于200℃时,复相层转变为片状珠光体组织,硬度开始下降。另外,与具有同样厚度的氮碳共渗回火化合物层相比,120℃回火复相强化层的耐磨性更优。