钢的低温复合渗铬的组织表征及其机理研究

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1、摘要低温复合渗铬工艺是指试样先进行540℃～600℃离子氮化或离子氮碳化，再进行800℃以下(尤其是620℃以下)低温盐浴渗铬。采用x射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、纳米硬度计、显微硬度计以及对比磨损试验机分析了几种钢的低温复合渗铬层的相结构、显微组织、铬和氮浓度分布、铬化合物的形貌特征以及性能。为了研究低温复合渗铬机理及相变，重点研究了20钢复合渗铬自亮层中铬的化合物形态特征以及20钢700℃复合渗铬扩散层的相变及其晶体学特征。低温复合渗铬层组织由白亮层、扩散层和基体组织组成。低温复合白亮层复杂，离子氮化复合渗铬白亮层内部可分为三层

2、：最外白亮层较窄为高铬化合物层，紧接着是一层黑色组织，然后是原来的渗氮白亮层的分解产物。低温复合渗铬表面主要由a-(Fe，cr)、crN和(cr，Fe)2Nh相组成，较高温度渗铬的复合白亮层中黑色组织主要为CrN；而低温复合渗铬白亮层中的黑色组织主要是被腐蚀了的高铬层与低铬层之阃的界面组织。渗铬温度升高，渗铬速度加快，复合渗铬白亮层厚度增加，表面层中CrN和Ⅱ一相含量降低，而(Cr，Fe)2Nl一。含量增加并出现(Cr，Fe)2Nl-x(0002)择优取向；并且白亮层内部出现铬、氮浓度不同的组织的分层现象，外层以(Cr，Fe)2N1．。为主且出现

3、Cr203，CrN主要出现在内层。渗铬时间的延长，低温复合渗铬白亮层的厚度增加，但是当形成一定厚度的白亮层后，再延长渗铬时间对厚度增加的作用不大。20钢600℃复合渗铬化合物层主要为纳米晶层，并且存在单相纳米crN层。随着渗铬温度的升高，铬的化合物晶粒长大，先形成的crN晶粒长大速度缓慢，即使在700℃×10h复合渗铬试样中仍然存在纳米crN晶团；而后形成的六方晶体(Cr，Fe)2N1．。和J下交晶体(Cr，Fe)7C3尺寸长大速度较快。复合渗铬扩散层组织因基材的不同、渗铬温度的不同、渗铬后冷却速度的不同而不同，碳钢随渗铬温度的提高复合渗铬扩散层

4、发生脱氮脱碳，而合金钢复合渗铬扩散层中的脱氮脱碳现象不明显。20钢700℃复合渗铬空冷+水冷后，距表面不同深度的复合扩散层组织形貌特征有所不同。靠近白亮层的界面区域存在n一相、CrN和YN三相混合组织，n．相和CrN的位向关系保持N—W关系。较浅区域扩散层发生了贝氏体相变，两组同方向排列的a．相呈大角度晶界，n一相内有Y’析出。在较深区域扩散层中发生了片条状富N奥氏体v。从n铁素体基体中析出现象。片条华南理工大学博士学位论文状的YN总是沿轴线方向生长成孪晶，成为很具特征的“背靠背”双晶结构。它们分为两大类，一类是两亚片条之间保持真正的{111}孪

5、晶关系，其内部未生成微孪晶：另一类是两亚片条之间保持近似的{111)孪晶关系，其内部生成了{111l微孪晶。第一类YN与a基体保持精确的K．S关系，并且两亚片条与Ⅱ基体之间形成明锐、平直的{335}v。，，f34l}。界面，即{335}惯习面。第二类YN由于微孪晶的形成，使得YN和q点阵发生了局部驰豫，致使二者之间的位向关系偏离K—s关系，且YN中主孪晶面f11l1YN1，，I111}YN2的平行关系也被略微破坏，其YN，n界面也不再象第一类的那么明锐、平直。复合渗铬化合物层具有高硬度和优良耐磨性，纳米硬度最高可达1589Hv且随基体的变化不大。

6、关键词：低温复合渗铬；铬的化合物；渗氮；纳米渗铬层；含氮奥氏体孪晶IIAbsⅡactAbstractLow—temperaturecompositechromizingisaprocesscomposedofaplainion—carbonitridingorion—nitridingat540一600。C，followedbyalow—temperaturechromizinginasalt—bathbelow800。C(especiallybelow620。C)．Thephasestructure，microstructure，concent

7、rationdistributionofCrandN，morphologiesofnitridesandcarbidesofchromiumandpropertiesofthe10w·temperaturecompos“echromizedlayerinseVeralsteelsubstrateswereinvestigatedbyusingX—raydiffractometer，opticalmicroscopy，scanningelectronmicroscopy(SEM)coupledwithenergydispersivespectrom

8、eter(EDS)，transmissionelectronmicroscopy(TEM)，nano—indentertest，micr