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发表于 2007-12-30 04:23:44
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,离子氮化!激光表面硬化复合处理
! a* W+ c8 @. v9 ]) j# A对钢试样进行常规气体离子渗氮,再利用固体激8 G& f3 h+ _# O' l, ?/ M- v
光器("#$!:%&''()*+,)对已渗氮钢试样进行照射,经- R. K2 o% h+ o* B3 p
过这样的复合工艺处理以后,可以适当地调整注入元+ V N2 E% m) S' ]
素的分布,改善组织结构,弥补单一表面处理在表面性
W. |9 t- o$ F: ^能上的某些缺陷,获得优异的机械性能,从而为材料表
, Z! h5 S4 o6 G2 c/ O( Z) ?面改性开发一个新途径.
i$ F! r8 o: j-.$/0,12&3钢的复合处理实验
: e2 V: i+ ^* ~& g1 S9 R; t! F将已离子氮化的$/0,12&3钢试样(见表-),固定- w/ `# Y8 a( Z
于透明玻璃瓶中,将瓶子密闭抽真空后再注入保护气7 q, b' @" R$ d# G! G) Q
体氮气.试验采用固体激光器("#$!:%&''()*+,),其% s& m' c2 t8 I3 |
功率约为456758,对试样进行不同时间长短的照射.
1 I6 C% B+ O S8 o( `光斑直径大小可以利用透镜扩束来进行调节.测出经3 }; Y0 s9 W" e( s+ X
不同时间照射下激光表面相变硬化处理后试样表面硬$ k: m+ x; o3 f* b: n
度,再将试件表面磨削后测出磨削后硬度,试验结果见- z) a n! X' |& Q6 N
表9.表-已离子氮化的$/0,12&3钢的成分及性能
5 z, ^! o, r+ i; a# o3 p4 j( q材料
- g2 o- x- M" M7 N成份(
6 A+ v8 y! Z; Z4 c00,12&3/ v$ N/ \- Y @
脆性, r3 ^' X, @* d! d5 h* @
(级)
3 v% ^5 T1 E# O1 v) `硬度6 Q' B. g; e; h1 _- N' P9 `, A
(!"#)
. F* m; v$ a) @深度 n' b: v' t0 S+ @
(;;)" d. L9 i# f) `
$/0,12&3钢: J& q: C7 V" O
5.$46* z8 z% q* i% q0 a' a$ k' a
5.<9
7 d A6 c1 k0 d-.$466 O4 h8 y8 K5 f5 \. ?( b. G: x
-.74+ L: l. s! V; k6 k; O4 n* o' ]
5.-46
( }% z; l/ Q: G4 A1 |! q( j5 q. S5.944 A% B3 i2 n3 G$ _7 g% ?9 ^% b
5.=566 O! g5 h2 s# J8 o5 Q
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* T8 J7 c4 C* c* n1 r" E; y4 b: G0 x9<$./5. )6 }. z4 U5 ^# D" L/ A; w% t- g( D+ f! G
硬度(!"#)
8 u i, q( j" I& n6 x& B深度
1 E! f7 [+ E: _8 o3 V, |1 g( r(;;)硬度(磨削后)
/ C. v5 E4 M& T2 Y(!"#)1 w4 M1 ^: [8 o; P5 s+ i9 m8 B# B6 h
&@% d3 x; ~* Y* I
A@ Y% _! I( i( n: Z1 B7 Z
0@. z. K& I) w" u E
45675 `, }! w4 l- ]+ `5 J
45675
& t+ V( I) K9 z4 @3 \未照射
* ^7 h* T: l; [5 ]; e9 l<5
/ I& D/ e4 O# E( ~4 C- g$ |75
3 D. C1 S5 w1 q, g' h& h A4 I<$.43 b. Q. c* O8 ~8 J) ], ]" g
<<.9
1 D. \$ @$ g( f! O) {% X0 O<49 l6 p7 C% u8 O# \0 _5 @+ r" K
<<' X' h) w& z7 J5 ?
<<.7' F" T& X8 G$ y8 s
<4.9
, K& U% H* Y, u' k/ ]) }<<6 ]# d- ^) z) G" g& X! C o
<<.4
. O+ x( f3 a$ q. d) z" b) |8 O<4' \. M6 _8 @( r
5.<7
1 u; ~9 L; _0 }& [7 `( t5.4/1 Q/ Y& o; Y \, V7 v M
5.7-5 o0 j: g/ G" j
$B.-* U' @5 s6 [* `" N
$B.$& c( N- N& ^# r) U5 I' r9 H
$B.4' g# J/ N# ?$ u* _9 L
$B.9 k0 o8 x' m) c
$B.4
! _+ m: R m6 z/ B0 o" p$B.7
2 h1 C* U* z1 a$B.9. z! x0 z, j: @2 J- J8 M$ z0 D
$B. 激光表面相变硬化处理后,( a1 J1 s: g8 J% O i' k
试样表层的硬化深度为5.7-;;,这明显要比离子氮化
+ y7 o* g) B- h$ v$ [1 v& O% q) L处理试样的深度5.<7;;大了很多.这也肯定了离子
5 l0 x" m) P& b8 p) M X6 F( j7 n1 }7 m1 w氮化!激光表面相变硬化处理这一复合工艺的实用
5 }3 s6 P# j+ P) R6 r性.此外,试样经磨削后由其硬度可知,试样芯部仍保5 U- v8 j1 ~* K' F
持原有的韧性和其它机械性能.1 `/ x) N- N: |0 r: M
二,激光表面气体渗氮
0 d3 i x; y8 U/ O- O( O/ C! C-.$/0,12&3钢的激光渗氮实验& l4 L& {' B3 J* M% }" l
79机械工艺师9555.-96 b* B7 f* e5 ?7 k$ v9 d/ R
万方数据
" ~* {% t% Y/ z& s* P8 Z在进行激光表面渗氮实验中,采用氨气作为渗氮2 s4 }3 [; z( g$ K& U3 X; ^4 Q+ a
气氛,在实验过程中,发生如下的化学反应:
: \$ @8 Y) i* ?* h% s! `0 k3 i!"3 s: G- @7 O( n$ k8 k2 _
#7 N6 |4 @' |! n* W5 I7 S! f
!#"$[!]%&$!"
, {4 D) y6 J$ S' p5 O) H#0 s& T( p7 t' r
!"%!$"
+ Q2 D+ J& n {1 ]) z''
5 N$ M: J: c) g! Q- J& J&"%!!"$[%]$[!]* @, y9 @: z3 O% f L5 m* n
其中,氮的离子会和工件中的铁等结合形成氮化
g" ?2 I/ M; a$ r铁等化合物,氢对工件表面有净化作用,如再添加少量4 _# _: x% l7 {1 l" Q
丙烷就可以达到改善化合物层的机械性能的目的.
3 E1 [! u. J' r3 S. S$ H4 i8 o: V将未经离子氮化的#(%)*+,-钢试样固定于玻璃
! p9 M0 E% S+ J! H3 z& q: B瓶中,将浓氨水倒入玻璃瓶内,经摇晃使其挥发出氨气! J% x, ~3 D3 j' w* u' s8 N
充满瓶子后密闭之,采用固体激光器(!.#$:/,0 ^& i6 O. M! O* H: y# g
1234))对瓶中试样进行长时间照射,进行激光气体渗% {; w2 T# z3 b' P
氮.实验参数如表#所示.7 r9 y& O% l# ~; e& W8 d" Z% o4 Q) N4 q
表#激光表面氮化实验参数
2 z4 ?" J+ K- M( X) I6 w电流(,)电压(5)5 S7 D/ O: |5 F6 k
输出功率
7 x) H% ]: q% l' ? K! P(6)7 G# A* ]! n# Z( Q4 [
照射时间
3 u- F- n! k+ s5 y7 u(7) `% |+ c' y! r9 Z" ?0 @, n
硬度
" ]+ @' z3 x9 k( u(!"#)
2 u& [! \+ u2 A' A) u2 ]& \氮化层深度
+ N% p7 p0 Y0 P/ z8 ~' l7 m(88)
. c9 b# Y/ W2 g: h& j9:9;< = :#=@:>=@<
9 k) V1 o! H8 f# Q0 h d''@实验结果及分析0 T3 e% x+ j5 h6 w
激光气体渗氮实验结果的数据见表:.: S* [. `7 s5 p6 l5 L
表:激光表面渗氮的实验结果数据
% p; c5 ~" d/ u: ~/ Q( \0 @氮化时间(7)9@''@=#>: ;>(3 M7 P. \' `; X7 m5 }+ X# y
深度(88)=@''>=@#=@#>=@:=@:>=@<=@=@ * P. p: q6 t7 Z% d2 M0 H, B
由离子渗氮实验可知,为了达到=@: 88的硬化( a. v: y& M! w% @ P
深度,一般需要9 >''=7,而激光表面氮化仅需 7
+ s+ o' ~6 k: ~6 z% x/ ?5 }1 U即可把硬化深度增大到=@:>=@<88.由此可见,为获$ W' ^; q k; B1 l; S; n+ J3 U
得所需的硬化深度,对钢试样进行激光表面氮化处理& H# i) O \) t' Z L
的时间远小于离子渗氮的时间,从而在短时间内增加# M( C" {7 N+ W$ T( A5 s! D
硬化深度.% M7 t1 V3 f" R1 X9 z
三,结论 y7 b* h# _ [+ y% t
9@离子氮化的#(%)*+,-钢表层有!的!相,氮化
5 }8 _/ k1 E: L( r3 y$ E物呈弥散状分布在铁素体中.经过激光表面相变硬化
: {& a- C6 l( D9 b2 Y; l. u( U处理后,!相消失,注氮层的组织为伸长的胞状结构,
- [) y6 a3 ^( ]; N K0 Z! \7 b' x与之相邻的铁素体晶粒显著地细化了.离子注氮后的
& Z1 C$ c5 H! b1 H: n v4 Z#(%)*+,-钢经激光表面相变硬化处理后,氮原子的分# Y* c" p0 N( q* l) W1 m
布发生了较大的变化,首先峰值浓度降低,氮原子向基; n* t8 }& |. A" M4 S
体深处扩散,其变化特征由上述的热扩散模型描述." c: n& r4 ^4 N& j! t
离子氮化的#(%)*+,-钢经激光淬火后,其硬度略有增
7 m7 C/ Q7 `/ h3 f, j大,硬化深度则有显著增加.这表明复合工艺具有互0 F# B" t- c8 @# A
补性.
. ~' |0 c# f+ d ]4 r: l''@对#(%)*+,-钢进行激光表面气体渗氮处理,在
7 R4 l' G! V( N3 w% F1 F短时间内可以获得很高的表面硬度.这一工艺是一种
, b% G6 E# \4 N- h, l很有潜力的热处理方法. |
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