25cr2mova钢气体渗氮的相组成控制及性能研究

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1、25Cr2MoVA钢气体渗氮的相组成控制及性能研究第一章绪论1.1选题背景与意义由于零件的损坏大多由表面的磨损、腐烛和氧化开始，为提高钢材的表面硬度、耐磨性、疲劳强度及抗腐烛能力，在工业生产中常对钢材进行表面强化。随着科学技术的进步，表面强化技术成为材料科学领域中研究的重点。25Cr2MoVA钢是珠光体型中碳合金结构钢，强度和初性均高，其应用广泛，一般可在调质状态下使用，也可在正火及高温回火后使用。用以制作阀杆、轴类、齿轮等，这些零件对材料的性能要求不尽相同，如阀杆作为承压件就要求较高的硬度，而齿轮类

2、对工件的耐磨性能要求比较高。所以在实际工程应用中为了提高其初性和耐磨性，经常要对材料进行氮化以形成表面强化层。渗氮层具有较高的硬度、耐磨性⑴、抗咬合性能和抗蚀性能。且25Cr2MoVA钢含有的Cr,Mo元素为强氮形成元素，在渗氮初期可以迅速地吸收较多的活性氮原子；与氮原子亲和力小的Si元素，可以阻碍氮原子聚集，推动氮原子较快的向材料内部扩散，进而可以提高渗氮速度[2]。对于25Cr2MoVA钢的渗氮通常釆用离子渗氮，但渗层厚度不理想。而且在离子渗氮过程中，由于工件棱角，平面处接受离子撞击概率不同，致使

3、棱角，平面处温度不一致，温度均勻性和检测温度的可靠性差，离子轰击易在表面产生小坑。气体渗氮是表面强化的常见方法，而且气体渗氮升、降温缓慢，零件的变形量小，工艺操作简便，设备投资少等。因此，本文采用气体渗氮工艺，以期通过相组成调控获得良好的表面性能，以满足25Cr2MoVA钢不同工作条件的需要。..1.2渗氮原理渗氮时，氨在钢表面的分解过程是逐步进行的，可以分为三步：①，表面吸附过程。吸附是物理反应，其活化能一般低于化学反应活化能很多，所以这一步进行的比较快，而且速度随着温度升高加快。②，脱氧过程。氮分

4、子被钢表面吸附，这种吸附属于化学吸附，在这种吸附作用下，氨分子中原来的N-H键被削弱，因此N-H键破裂所需要的活化能降低。③，活性原子析出。如果[N],[H]不能被钢件表面及时吸收，活性原子[N],[H]将快速地结合成H2,N2分子，逸入气相。钢件表面对氮原子的吸收能力取决于环境温度、表面状态及钢材的化学成分等，氮溶于表面晶体点阵的机率随着渗氮温度升高而增大。经过上述三步过程，活性氮原子被铁表面吸收后，将在表面发生进一步的界面反应，在反应后这些活性氮原子先溶解形成氮在铁中的饱和固溶体，然后再形成氮化物

5、。..第二章试验内容与方法2.1试验材料25Cr2MoVA钢一般用以制作阀杆、轴类、齿轮等，主要成分如表2-1。为了避免零件在渗氮过程中发生较大的变形，所以渗氮前需要调质处理，以便获得均勻而致密的索氏体组织，使零件心部有足够的强度和韧性[6]。调质前试样尺寸为直径80mm厚度11mm,采用的调质处理工艺为：在900°C加热并保温20min后油冷淬火，然后进行640°C回火，保温时间为100min。Cr:Cr是合金工具钢中最常见的合金元素。Cr对钢的耐磨性、高温强度、热硬度、初度和萍透性

6、均有提高，此外由于Cr溶入钢基体会导致钢的抗腐蚀性提高，同时它可以使钢的抗氧化性提高，因为Cr有利于产生致密的氧化膜。一部分Cr元素溶入钢基体中产生了固溶强化作用；另一部分则与碳形成Cr的碳化物，改善钢的洋透性和回火稳定性，Cr含量的增加有助于提高材料的热强度，但也有不利的一面，会降低钢的初度。.2.2试验设备与参数本试验希望通过气体渗氮的办法，对25Cr2MoVA钢进行表面强化，得到表面强化层。渗氮层具有较高的硬度、耐磨性⑴、抗咬合性能和抗烛性能。渗氮层由化合物层和过渡层组成。化合物层一般是S相和Y

7、'相组成，S相具有较高的电极电位，它的化学稳定性高于Y相，耐腐烛性强；Y'相滑移系数目比S相多，因而y相塑性好，耐磨性强[48]。25Cr2MoVA钢应用广泛，用以制作阀杆、轴类、齿轮等，这些零件对材料的性能要求不尽相同，如阀杆作为承压件就要求较高的硬度，而齿轮类对工件的耐磨性能要求比较高，在实际工程应用中为了提高其性能，所以本试验期望能够通过调整工艺参数，得到不同的渗氮层，尤其是耐磨性较好的Y'单相化合物层。由于25Cr2MoVA钢中含有的Cr，Mo元素为强氮形成元素，在渗氮

8、初期可以迅速地吸收较多的活性氮原子；与N亲和力很小的Si元素，可以阻碍N聚集，推动N较快的向内扩散，进而可以提高渗氮速度[2]。所以，25Cr2MoVA钢的渗氮工艺性良好。本试验设计的试验方案如表2-3所示。第三章25Cr2MoVA铜渗氮层的显微组织.......273.1氮势对显微组织的影响.......273.2渗氮时间对显微组织的影响.......303.3渗氮温度对显微组织的影响.......313.4化合物层的相组成分析.......333.5