钢的低温盐浴铬钛复合渗工艺及组织性能的研究

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选取几个当今制造业中具有代表性的常用钢种-4 5钢、T10钢、3Cr2W8V钢和W18Cr4V钢,分别探讨了低温盐浴渗铬和盐浴渗钛的实验方法和工艺。分析了低温盐浴渗铬层和渗钛层的显微组织、相结构和性能。这为进行钢的盐浴铬钛复合渗做好了准备。 盐浴铬钛复合渗是指将经过离子渗氮预处理的试样先进行610℃~710℃低温盐浴渗铬,取出后立即进行810℃~910℃盐浴渗钛。采用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度仪和带能谱仪的扫描电镜分析了几种钢的铬钛复合渗层的显微组织、表面相结构、表面显微硬度和横截面梯度硬度分布及铬、钛元素沿试样截面的浓度分布。实验结果表明,钢经过离子渗氮后盐浴渗Cr或渗Ti可以有效地降低渗Cr或渗Ti的温度,促进铬和钛的渗入。盐浴铬钛复合渗可以在钢的表面得到耐磨、耐腐蚀、抗高温氧化且与基体结合良好的钛的化合物层和铬的化合物层。 盐浴铬钛复合渗层可以分为比较明显的三层:最外白亮层是高钛化合物层,紧接着是富铬的黑色组织,然后是原渗铬形成的化合物层。比较了不同的温度和时间对复合渗层显微组织及性能的影响。复合渗层随渗铬温度的提高而增厚,并且主要是白亮层内层的增厚;随渗钛温度的提高白亮层外层的厚度增加,总渗层厚度变化不明显。复合渗层表面显微硬度比盐浴掺铬层有所提高,一般可达到1400HV,较厚时可达到2000HV以上,并且试样横截面硬度分布较平缓。钛和铬元素在渗层中的分布情况不同,钛主要分布在白亮层外层,铬主要分布在白亮层中间的黑色组织,在白亮层内层中也有少量分布。白亮层外层钛的浓度可达到30at.%左右,铬的浓度可达到8at.%左右;复合渗层的表面相结构主要是TiN、CrN、(Cr,Fe)<,2>N<,1>-x、(Cr,Fe)<,7>C<,3>和(Cr,Fe)<,23>C<,6>,并且TiN相的峰值相对强度最高。经耐磨性实验的分析和对比,复合渗层具有较好的抗磨损性能,比离子渗氮层大大提高。复合渗层的脆性比单一渗氮层和单一渗铬层大,这主要是表面钛的化合物引起的。
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