42CrMo离子渗氮后氧化及氮氧共渗研究

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1、学号：12201406常州大学硕士学位论文42CrMo离子渗氮后氧化及氮氧共渗研究研究生武计强指导教师胡静教授学科、专业名称材料加工工程研究方向金属表面热处理2015年4月Studyonplasmapost-oxidationafternitridingandplasmaoxynitridingforAISI4140steelADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByWuJiqiang(MaterialProcessingEngineering)DissertationSupervisor:Prof.HuJingApril，2015常州

2、大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，

3、可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要离子渗氮又称辉光渗氮,是一种利用辉光放电现象将活性氮原子渗入材料内部，强化钢材表面性能的一种化学热处理技术。探索和研究以离子渗氮为基础的复合工艺是该领域的热点，本项课题研究了后氧化和离子氮氧共渗复合处理工艺，有效提高了渗层的综合性能。本文选用调质态42CrMo钢作为实验研究材料，选用普通空气作为后氧化和氮氧共渗的氧气源，探究后氧化和离子氮氧共渗的

4、作用及机理。采用光学显微镜、维氏硬度计、电化学测试工作站等测试仪器对复合处理后42CrMo钢复合渗层组织、厚度、外观形貌及耐蚀性进行了测试和分析。同时，研究了不同空气流量对42CrMo钢离子氮氧共渗组织与性能的影响。研究发现，42CrMo钢离子渗氮试样经空气后氧化处理，在原氮化层表面生成一层厚1-2μm、由Fe3O4和Fe2O3两物相组成的氧化层，且两种氧化物比值由后氧化工艺参数决定，400℃+60min后氧化时生成的氧化层Fe3O4含量最大、耐蚀性最佳，其原因是该条件下生成Fe3O4的吉布斯自由能较小。结果还发现随后氧化时间延长或温度升高，离子氮化层厚度逐渐减薄。空气流量3L/mi

5、n为最佳后氧化工艺条件，所得复合渗层综合性能最优。添加不同流量空气对42CrMo钢进行离子氮氧共渗处理后发现：普通空气可以作为离子氮氧共渗氧气源，且添加适量空气可大大提高42CrMo钢离子渗氮速度。离子氮氧共渗处理后化合层厚度比常规离子渗氮厚度提高50%以上，有效硬化层深度提高100μm以上，表面硬度最大达到790HV0.05，比常规离子渗氮提高60HV0.05，硬度梯度更加平缓。渗层中含微量Fe3O4，起到提高耐蚀性的效果。同时，研究发现，空气流量0.3L/min为最佳离子氮氧共渗工艺参数。关键词：42CrMo钢；离子渗氮后氧化；耐蚀性；氮氧共渗；吉布斯自由能ABSTRACTPla

6、smanitridingisalsocalledglowionnitriding,anditisachemicalheattreatmenttechnologyofstrengtheningsteelsurface,whichusesglowdischargephenomenontodrivereactivenitrogenatomsintomaterialinterior.Researchanddevelopmentofcombinedprocessesonthebasisofionnitridingarefocusinthisarea.Thissubjectresearchspl

7、asmaoxynitridingandpost-oxidation,whichimprovestheperformanceofthecompoundlayereffectively.Inthispaper,AISI4140steelwasselectedasthematerials.Post-oxidationusingplainairinthesamepulsedplasma-ionnitridingsystemafterplasmanitridinga