表面塑性变形促进316不锈钢气体渗氮的研究

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奥氏体不锈钢具有良好的耐大气腐蚀、耐酸蚀性能,并具有良好的加工性能和焊接性能,但其室温强度和热疲劳强度较低,表面硬度偏低,耐磨性差,而渗氮是改善表面性能的有效手段。  气体渗氮由于操作简单、成本低、产品质量稳定可靠,在现今工业领域发挥了重要作用。传统气体渗氮在较高温度下进行,会造成不锈钢耐蚀性降低。只有低温渗氮才能避免CrN的形成,使其在耐蚀性不降低的情况下,提高表面硬度和耐磨性。通过表面塑性处理,能大幅度降低化学处理的温度和缩短时间。  本文通过喷丸对316不锈钢表面进行塑性变形处理,然后在不同条件下进行气体渗氮。利用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪、摩擦磨损试样机、电化学工作站等对试样进行微观组织分析和性能测试,并对喷丸强化的机理及其对渗氮的影响进行系统研究,结果如下:  1)喷丸处理使316不锈钢表面产生不同程度的塑性变形,变形程度与钢丸直径和喷丸时间有关。喷丸处理后,试样表面硬度由于变形强化提高了1倍左右,耐磨性提高了1.5倍,但因大量非平衡缺陷的出现导致其耐蚀性有所下降。  2)经过喷丸处理后可以将316不锈钢的渗氮温度降低到400℃,经10h即可获得近20μm的渗氮层,这是在传统气体渗氮条件下难以实现的。  3)在不同温度下对喷丸后316不锈钢进行气体渗氮,对渗氮层显微组织和相结构进行分析,温度较高时(450℃以上),渗氮层主要由CrN相组成,而在低温(400℃)下渗氮时,渗氮层则主要为S相。性能测试结果表明,低温渗氮可以获得高硬度和耐磨性的表层,耐蚀性与316不锈钢接近。  4)对表面塑性变形促进渗氮机理进行初步探讨。喷丸处理能降低气体渗氮的温度,缩短渗氮时间,其主要原因在于喷丸形成的塑性变形层中存在大量缺陷,为氮原子的扩散提供了快速通道,降低了扩散激活能。
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