bet36体育网站

导航
本站首页 产品中心 新闻中心 成功案例 关于我们 联系我们
bet36体育网站-bet36体育网站app|首页!欢迎您 >产品中心

bet36:0523奧氏體不銹鋼管低溫硬化處理方法

作者:bet36体育网站已浏览: 69次 日期:2020-05-24

bet36体育网站近半個世紀,人們通過多種方式來改善不銹鋼的表面性能,現代表面工程技術,例如化學鍍、電鍍等方式,由于這種表面處理方式本身的關系,鍍層和基體的結合力較差,不能適用于不銹鋼。奧氏體不銹鋼室溫狀態下以奧氏體組織狀態存在,用傳統的淬火、調質等熱處理工藝不能進行硬化處理。可以有效提高奧氏體不銹鋼表面硬度和耐磨性的方法是對奧氏體不銹鋼進行表面化學熱處理。由于不銹鋼本身表面的鈍化膜,bet36体育网站利用熱擴滲方法,例如液體熱擴滲、氣體熱擴滲、固體熱擴滲,進行硬化處理時,鈍化膜對擴滲活性原子有阻礙作用,bet36体育网站所以不銹鋼進行硬化處理之前要進行去鈍處理。合金元素C、N都可以擴大奧氏體區,兩者以間隙原子存在于奧氏體不銹鋼中使不銹鋼得到強化,元素N還可以提高不銹鋼的耐蝕性能。氮在鋼中的溶解量要比碳要多,滲氮處理能避免鐵素體相的出現,也可減少奧氏體晶界上析出脆性第二相,提高材料的使用性能。利用離子法對不銹鋼進行不銹鋼表面處理,可以避免表面鈍化膜的阻礙,獲得表面硬化層。

傳統方法對不銹鋼進行表面處理一般采用氣體或離子滲氮的方式,bet36体育网站溫度范圍在500-800℃,可獲得200μm厚度的滲氮層,硬度可達到1400HV。滲氮后,bet36体育网站不銹鋼的表面耐磨性能得到明顯提高,但耐蝕性下降。20世紀80年代末,Z.L.Zhang和T.Bell對滲氮工藝進行了研究并加以改進,獲得了新的不銹鋼表面滲氮工藝。該工藝的重點就是要把滲氮溫度降低至450℃以下,這就可以抑制過程中鉻的氮化物的析出,獲得S相單相硬化層。S相的硬度也可達到傳統滲氮層所具有的硬度,而且不降低不銹鋼表面的耐蝕性能。奧氏體不銹鋼表面的硬度和耐蝕性能得到了提高,同時不銹鋼本身的耐蝕性能得到了保證。

S相組織作為一種亞穩態的中間相,高溫下穩定性較差。在滲氮過程中溫度和時間的增加都會導致S相的分解,會有鉻的氮化物析出。S相單相硬化層在低溫、短時和低氮勢條件下比較容易獲得。當滲氮過程中溫度過高(超過450℃),或處理時間過長(420℃下超過12h),滲層內就會有鉻的氮化物析出,使基體中自由鉻含量減少,缺陷也隨之出現。盡管滲層硬度有多提高,但滲層的耐蝕性能降低,經過浸蝕處理后用顯微鏡觀察視野中會有點狀黑色相出現。溫度繼續增高,或者處理時間繼續延長,直至S相完全分解,滲層的主要組成成分為CrN和γ相,滲層硬度仍舊提高,但耐蝕性能惡化。奧氏體不銹鋼表面硬化處理在此基礎上進一步發展,一些新型表面處理技術的出現改善了這個問題。

1993年,在Wiesbaden的熱處理學術研討會上BochunRuhr大學的H.Berns教授研發出一種化學熱處理工藝,作為不銹鋼表面改性新技術。此工藝在1050~1150℃的真空爐中,使氮溶解在不銹鋼的表層,然后快冷使氮化物不能析出,在不銹鋼管表面形成滲氮層。經固溶滲氮處理后提高了奧氏體不銹鋼表面的硬度、硬度和耐磨性,同時耐腐蝕性能也得到相應提高。奧氏體不銹鋼經過固溶滲氮處理后,得到了含氮奧氏體,零件的耐腐蝕性能提高,同時心部仍保持之前的組織和性能。固溶滲氮處理是固溶處理和滲氮處理兩者的結合,將材料心部和表層組織和性能重新組合,不銹鋼管在腐蝕性氣氛下,也可有較高的抗腐蝕能力。

近兩年,ZhaoCheng等人在低溫離子滲碳和低溫滲氮的基礎上,對奧氏體不銹鋼的離子氮碳共滲處理進行研究,與其他方法比較,發現離子氮碳共滲同樣可以獲得高硬度、高滲層厚度和合理硬度梯度的S相單相表面硬化層。

經低溫離子氮碳共滲表面硬化處理的奧氏體不銹鋼表面形成成分均勻的硬化層,既有離子滲氮處理后的高硬度(>1200HV),又有離子滲碳后相同的厚度,但硬化層硬度梯度與滲氮層和滲碳層相比有一個平緩的臺階過渡。由于過渡處的硬度在700HV以上,且臺階后硬化層較厚,因而滲層的硬度可以在一個高水平內延續。這種硬度梯度結構比單純離子滲氮層從表面極高的硬度陡降到較軟的基體硬度要好得多,雖然硬度相比離子滲氮層的表面硬度略低,但遠大于離子滲碳的表面硬度,耐磨性能較之也有較大幅度的提高。

氮碳共滲處理后所得滲層的硬度和厚度變化和氮和碳的分布有關。滲層表面的的高氮量保證了滲層表面的高硬度;滲層內部厚的滲碳層又起到支撐的作用,形成一種合理的硬度梯度。奧氏體不銹鋼經過氮碳共滲硬化處理后,表面的組織結構和成分發生變化,從而材料的力學性能有了很大提高。過飽和的氮、碳固溶體引起奧氏體晶格畸變,位錯密度增加,所以滲層硬度和耐磨性得到極大地提高。圖1-1所示為經離子硬化處理后的產品及金相照片。圖1-2為不同離子硬化處理后硬度及耐磨性的對比,可以看出經硬化處理后的不銹鋼管硬度和耐磨性得到了顯著的提高。

低溫離子滲碳技術作為奧氏體不銹鋼表面硬化處理使用最為廣泛的技術之一,利用該技術得到的滲碳層均勻、韌性好、承載能力強。通過對滲層的觀察及測量,滲層的硬度梯度平緩。而且該技術滲碳效率較高。由于低溫離子滲碳技術的諸多優點,得到了世界各國的廣泛重視。20世紀90年代,Y.Sun在英國伯明翰大學實驗室將含碳氣體引入離子處理的氣氛中,成功得到了滲碳層。

國內對于這個技術的研究也隨之展開,ZhaoCheng等人在直流低溫離子滲氮的基礎上,結合之前的研究成果對低溫離子滲碳技術進行了深入系統的研究,獲得了高硬度、疲勞壽命,耐孔蝕性能等方面均有明顯提高的S相單相表面硬化層,且不伴隨常見的耐蝕性下降。低溫離子滲碳技術是在低溫(<500℃)條件下進行滲碳處理,將大量碳原子擴散進入不銹鋼表面,形成厚度均勻的擴散層。經低溫離子滲碳處理后的奧氏體不銹鋼表面硬度較高,可達到1000-1200HV,耐磨性得到明顯提高,且耐蝕性能沒有下降。經滲碳處理后的316L不銹鋼的耐孔蝕性和耐應力腐蝕性能得到較大提高,疲勞性能也有較大改善。在奧氏體不銹鋼表面性能明顯提升的同時,由于處理溫度較低,不銹鋼管的尺寸別不會受到影響。低溫離子滲碳技術的均勻性也很好,在棱角、內孔及毫米級孔隙處完全相同。此工藝同時體現了極好的耐微動沖擊磨損性能。

奧氏體不銹鋼低溫氣體滲碳技術得到了極大發展,并應用于商業化生產,技術較為成熟的公司主要有美國的Swagelok公司所研發的LTCSS技術、荷蘭Bodycote公司掌握的Kolsterising技術、日本的Airwater公司NVPionite技術以及武漢材料保護研究所自行開發的低溫低壓滲碳技術。

LECSS(Low-tempearturecolossalsupersaturation)工藝由Swagelok公司與凱斯西儲大學的F.Ernst教授課題組共同開發。該技術主要應用在316不銹鋼卡套的硬化處理。該技術的工藝流程如圖1-3所示,在進行滲碳處理前,需進行活化處理,在250℃環境下利用HCl除去不銹鋼表面的鈍化膜,同時添加N2作為保護氣,防止形成新的鈍化膜,再在470℃下經過CO、H2、N2的氣氛下進行3h滲碳處理,再降溫活化表面,最后在470℃下對不銹鋼管進行20~30h的滲碳處理。金相照片如圖1-4所示,卡套尖角處滲層均勻,白亮層無黑色鉻化物析出,耐蝕性能好。

荷蘭人Kolster發明了Kolsterising技術,之后該技術由Bodycote公司推廣使用。其工藝是在低于500℃的氣相環境下,碳原子擴散到不銹鋼表面,引起晶格畸變,從而改變奧氏體不銹鋼的表面性能。圖1-5是該技術處理的一些產品。Kolsterising技術處理后的316不銹鋼的金相組織如圖1-6所示,表面為白亮層,而且在直徑0.1mm的深孔中,白亮層的厚度和均勻性也可得到保證。

日本Gifu大學的K.Tokaji、M.Akita等與Airwater公司共同研發出NVPionite技術。該技術的原理如圖1-7所示,在對奧氏體不銹鋼不銹鋼管進行滲碳處理前,先對不銹鋼管表面的鈍化膜進行氟化處理,該過程在N2和NF3混合氣氛中進行。這層氟化物在滲碳氣氛中脫落,從而碳原子可擴散到不銹鋼表面,再將爐內溫度升高到773K,在CO和H2氣氛中保溫35h。

該技術由武漢材料保護研究所開發。具體過程如圖1-8所示。進行滲碳處理前先將不銹鋼管在含有F和Cl等鹵元素的鈍性氣體中,除去不銹鋼管表面的鈍化膜,然后在CO、H2和N2的混合氣氛中,在470℃下保溫24h。