直流电场对35钢和42CrMo钢盐浴氮化的影响

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盐浴氮化技术是一种能提高零部件表面耐疲劳和耐磨损等性能的化学热处理技术。具有工序简单、环境污染小和容易操作等优点。  在盐浴氮化过程中,活性氮原子是通过氮化盐浴受热分解产生,活性氮原子浓度和活性与处理温度有直接关系。由于常用盐浴氮化处理温度约570℃,该温度下活性氮原子在氮化盐浴中扩散速度较慢。因此,为获得足够的层深,需要进行较长时间盐浴氮化处理,由此导致盐浴利用率和生产效率较低。  本文首次研究直流电场对盐浴氮化效率及组织性能的影响。选用调质态35钢和42CrMo钢为研究材料,研究不同处理条件下外加电场对化合物层的形成和生长的影响规律;运用金相显微镜、X-ray衍射仪、维氏显微硬度计和电化学工作站对表面改性后的35钢和42CrMo钢渗层进行组织、相结构以及性能的分析和测试;在所得实验结果基础上,分析研究直流电场对盐浴氮化处理的作用机理。  研究结果表明:直流电场可以显著提高35钢盐浴氮化效率。处理温度为575℃时,外加电压为7.5V的直流电场条件下,保温50min获得的化合物厚度与同样温度常规盐浴氮化保温100min相近,约为18.4μm。保温100min时化合物层厚度提高到29μm。施加直流电场盐浴氮化,35钢渗层主要物相同常规盐浴氮化一样,仍由ε-Fe3N及少量γ-Fe4N构成。在温度为575℃、保温50min时,外加7.5V直流电场盐浴氮化后,试样截面硬度达到730HV0.01,比基体硬度提高约2倍。直流电场盐浴氮化后35钢试样在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性比常规盐浴氮化进一步提高。动力学研究发现,35钢在直流电场作用下,盐浴氮化的扩散激活能为159kJ/mol,低于常规盐浴氮化的扩散激活能184kJ/mol。  同样,直流电场对42CrMo钢盐浴氮化也具有显著的促进作用,为获得同样深度的渗层,直流电场盐浴氮化可以进一步降低氮化温度。保温时间为80min时,外加电压为7.5V的直流电场条件下,处理温度为530℃获得的化合物厚度与同样时间常规盐浴氮化处理温度560℃相近,约为6.7μm。处理温度为560℃时化合物层厚度提高到12.1μm。施加直流电场盐浴氮化,42CrMo钢渗层主要物相同常规盐浴氮化一样,均为ε-Fe3N、少量γ-Fe4N和CrN。处理温度575℃、保温80min时,外加7.5V直流电场盐浴氮化后的42CrMo钢试样截面硬度达到1146HV0.01,比基体硬度提高约2倍。直流电场盐浴氮化后42CrMo钢试样在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性比常规盐浴氮化进一步提高。
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