低碳钢气体氮碳复合共渗研究

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1、学校代号10532学号S151301174分类号TG132密级公开硕士学位论文低碳钢气体氮碳复合共渗研究学位申请人姓名徐强培养单位材料科学与工程学院导师姓名及职称伍翠兰教授学科专业材料科学与工程研究方向材料成形理论技术及其应用论文提交日期2018年5月3日学校代号:10532学号:S151301174密级:公开湖南大学硕士学位论文低碳钢气体氮碳复合共渗研究学位申请人姓名：徐强导师姓名及职称：伍翠兰教授培养单位：材料科学与工程学院专业名称：材料科学与工程论文提交日期：2018年5月3日论文答辩日期：2018年5月31日答辩委员会主席：张福全教授Gasni

2、trocarburizingoflowcarbonsteelanditscompositenitriding/carburizingbyXUQiangB.E.(AnhuiUniversityofTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMaterialsScienceandEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorPr

3、ofessorWUCuilanMay,2018硕士学位论文学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,

4、允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□,在______年解密后适用本授权书。2、不保密□√。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日-I-低碳钢气体氮碳复合共渗研究摘要渗氮、渗碳和氮碳共渗是指向工件表面渗入活性氮、碳原子，从而使工件表面性能(如硬度、耐磨性、耐蚀性等)提高的化学热处理工艺。传统的渗氮工艺获得的表层具有致密性差、韧性差、硬度低、厚度薄等缺点。针对这些缺点，本文通过调节氮碳

5、共渗过程中NH3和CO流量，然后对渗氮及其后续热处理工艺进行探索，提出循环渗氮渗碳复合工艺，着重研究了循环渗氮渗碳复合工艺(NCNC工艺)。采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜以及一系列性能测试仪器，探究了低碳钢气体渗氮/氮碳共渗层及渗氮渗碳循环热处理后强化层的微观组织结构和性能。主要得到以下结论：(1)气体渗氮气氛中少量CO的加入会显著促进化合物层的生长和表层ε相的快速生成，过多的CO加入会使化合物层中形成θ相，且随着NH3流量的增加，化合物层得到θ相的临界CO流量值也相应增加。气体氮碳共渗气氛中，在NH3流量不变时，随着CO流量的增加，

6、化合物层致密性、韧性逐渐增加，但化合物层厚度却先增大后减小。在CO流量不变时，随着NH3流量的增加，化合物层孔洞增多。随着NH3流量增加，获得最大化合物层厚度的CO流量也要相应增加，因此可适当增加CO和NH3流量来获得较厚且致密的共渗层，从而使试样具有较高的硬度、优良的耐磨性、较优的韧性。共渗化合物层的耐腐蚀性能主要由化合物层中的N含量和致密性来决定，而C含量的变化对腐蚀性能影响较小。(2)提出了循环渗氮渗碳复合工艺制度，获得力学性能更为优异的强化层，强化层表层由ε-Fe2-3(C,N)和θ-Fe3C化合物组成，次表层由γ-Fe相和α-Fe相组成。对比

7、不同工艺下渗层微观组织和性能，确定了NCNC工艺中CO流量为50sccm时渗层具有最优的微观组织和性能，此时渗层均匀致密，且渗层厚度高达90μm，最高硬度高达900HV0.05。NCNC试样、氮碳共渗加后续淬火试样以及奥氏体氮碳共渗试样次表层都是γ相和α相。氮碳共渗4h加后续淬火试样以及奥氏体氮碳共渗试样强化层较厚但表层出现大量的孔洞裂纹，氮碳共渗1h加后续淬火试样强化层孔洞较少但厚度只有35μm。综合来看，NCNC工艺下强化层不仅厚而致密，而且具有优良的耐蚀性、较高的耐磨性、较高的表面硬度及较优的韧性。(3)冷却速度和回火处理对NCNC制备的强化层有

8、很大的影响。随着冷却速度的减慢，NCNC工艺试样次表层α相逐渐增加；当NCNC试样随炉冷时，次