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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
) G( m. b! S4 ^0 X1 A# k* n对钢试样进行常规气体离子渗氮,再利用固体激+ _( Z3 z% _; [# M/ C6 o# Q8 b9 E
光器("#$!:%&''()*+,)对已渗氮钢试样进行照射,经: Y3 n( k8 ^+ F5 p3 K7 ~6 F0 l- P- \
过这样的复合工艺处理以后,可以适当地调整注入元
! C0 L+ P) P. m# s5 R素的分布,改善组织结构,弥补单一表面处理在表面性
5 N' J7 p+ ^# N6 d能上的某些缺陷,获得优异的机械性能,从而为材料表# p! |) z" Q, F. K
面改性开发一个新途径.
' ?7 K! a% }' }-.$/0,12&3钢的复合处理实验
5 S! c; \& p& g# r' R8 ^: S4 t将已离子氮化的$/0,12&3钢试样(见表-),固定9 C/ F) O5 L8 v3 Q
于透明玻璃瓶中,将瓶子密闭抽真空后再注入保护气
, O! ]. g' \6 R. \6 [体氮气.试验采用固体激光器("#$!:%&''()*+,),其2 v# M/ J8 j/ r$ q+ ^' u- j
功率约为456758,对试样进行不同时间长短的照射.
& W$ B0 [# ^3 H光斑直径大小可以利用透镜扩束来进行调节.测出经# i" c( i7 J! w
不同时间照射下激光表面相变硬化处理后试样表面硬
( a3 t& ^ |. y& E度,再将试件表面磨削后测出磨削后硬度,试验结果见
( Z! f$ I8 n, d! v _$ w表9.表-已离子氮化的$/0,12&3钢的成分及性能
7 @! }( Z7 t( R+ r& p1 I5 o7 p材料. n" m$ M: u8 m+ m& ^& k
成份(
4 [7 f& w4 J9 |% q# n6 ~00,12&3& X- F2 x, [3 W- \
脆性! ?4 x/ I, _2 R) Z! C% V+ J9 E0 D
(级)
I2 Z F* {+ W; V硬度; k: ^; V9 a; @
(!"#)
; Q" ?/ s" N5 ?) I深度
1 G5 X5 v' l( O* _! k! s(;;). c4 M% }0 L. P( O
$/0,12&3钢4 T0 c, F6 l9 t; |$ `
5.$46" S( e# O1 S' U
5.<92 L4 [- B4 U0 u' T$ G1 e& X) k
-.$460 w* w& a. J" h2 T* F
-.74
5 O& ~7 _; Z) G! p5.-46$ H# `4 r8 e3 n! T. [4 ]; S6 {
5.94% M6 `0 [2 q* e) C5 C% _
5.=56 Q+ ~$ U3 Z" G
-.-54 w7 _. A$ {+ _6 d' E
9<$./5. ), l4 a9 o$ |+ r6 F9 m, ^
硬度(!"#)
- X. |) ~0 U$ n" h深度6 M- _2 a* w- D& C9 t1 z+ A4 Y( w/ r
(;;)硬度(磨削后)4 K7 d$ Y. {1 A/ _' J
(!"#)# r, O# ?+ V" i) W: N
&@( @6 J ] K( r
A@
# Q" J6 M: s7 J4 G/ E0@
* Z' V$ Y, W& _45675
( B' A" n$ A0 z4 @& d8 U# V45675. X* x+ [1 k6 I9 Q
未照射
3 z% y; C' o2 ~3 |! h# P6 R) w<5
' k- p. c5 W+ C75
% j+ a. l6 c3 V/ {1 O) L<$.4" L9 p7 V. s G8 r0 k: Y/ S6 e
<<.9
3 B5 E$ x% I& _1 t<4% {; Y9 P+ k# i5 J# ]% _
<<0 ~4 P/ [4 @$ y5 u: P
<<.7. ~ T @2 l+ @' O* N* W2 J4 y7 F
<4.9$ g: |+ a* u9 t# i% p- g6 \; d+ v* n
<<. ]% |$ r5 l8 o; \2 N
<<.4
0 S/ K4 r& L x: T4 g8 l7 A& X2 y2 ^<4
8 e- I% a) y' l4 i! ~3 `5.<7
1 n' Y9 f# n3 Y |) l: U( j9 p% _5.4/$ Q: V+ L5 r' R$ L( o" m8 m- n
5.7-# ^2 A% Z8 b* J* l5 ^8 y
$B.-
1 ]& b9 D+ {7 o$B.$
. L! ?7 d5 `- E! d" _: c$B.4% r$ h. X6 ]' c. s3 ]: O, D
$B.9
) u( b$ \- b& v6 i/ |1 U- i$B.4
# a6 M. b# N( \7 ^2 S# U$B.7
. R1 |# H0 `$ G" T# e$B.9; v" U, J8 V: G: I' w! H. ~
$B. 激光表面相变硬化处理后,3 O: o; m6 Q+ b" l
试样表层的硬化深度为5.7-;;,这明显要比离子氮化6 y9 X! x& m$ f
处理试样的深度5.<7;;大了很多.这也肯定了离子
6 f" K5 O' S" p. s1 J4 V7 `氮化!激光表面相变硬化处理这一复合工艺的实用! M2 }- n# u' o
性.此外,试样经磨削后由其硬度可知,试样芯部仍保' m3 k& q( a% u8 P2 m1 ^- H1 M
持原有的韧性和其它机械性能.: Y, j. i- s9 k6 N8 I( V Q
二,激光表面气体渗氮
+ a: y# ]7 B5 s7 Z8 F-.$/0,12&3钢的激光渗氮实验2 \ e3 M! c# d1 I/ O
79机械工艺师9555.-9
' g0 j, B: Y0 {9 Z/ m; ^% Z) M万方数据' e$ z( q3 m& L6 Z( A
在进行激光表面渗氮实验中,采用氨气作为渗氮
5 J! R( M5 ]' b' b6 D2 r' f. F气氛,在实验过程中,发生如下的化学反应:; M% f9 V! x3 S$ {5 `; s
!"
9 f. w/ ]4 ^+ s8 k+ B#
0 K- w5 T3 S7 M `!#"$[!]%&$!"$ U7 u; Q6 p) E) C0 Q# R2 s" o' Q
#0 l9 i0 |& ~) [+ { G6 Z
!"%!$"' ]7 C0 I! n( X3 }9 `. P
'': g4 r' N: q) b7 I" a- k
&"%!!"$[%]$[!]
4 K5 p! |7 H+ s0 X. d0 p其中,氮的离子会和工件中的铁等结合形成氮化
& ? x' {* L5 k' M( v; ~3 P铁等化合物,氢对工件表面有净化作用,如再添加少量
/ c* p9 D2 g E+ v- ~0 Y丙烷就可以达到改善化合物层的机械性能的目的.1 ^2 p' m9 z- J8 k
将未经离子氮化的#(%)*+,-钢试样固定于玻璃- a% X3 q' U8 V _# x/ V# N, A* f
瓶中,将浓氨水倒入玻璃瓶内,经摇晃使其挥发出氨气1 r. \: l" ^/ d
充满瓶子后密闭之,采用固体激光器(!.#$:/,08 r5 c2 ^/ a/ J$ q2 \% ^. G2 ~
1234))对瓶中试样进行长时间照射,进行激光气体渗
) k4 F; Q2 ]) V" h v% W氮.实验参数如表#所示.& Y! j+ I( v* V! b: X
表#激光表面氮化实验参数
* }" L( A. ^% _% O. M( x& J电流(,)电压(5) b* A; ^' }. T7 D
输出功率 O9 q0 Z) E5 o
(6)
: {: a2 Y; v" a/ g+ f照射时间
3 u$ Q* D! |4 Z) {(7)
/ A) R) Y1 k i, u* N* M \硬度
. X# f6 b+ O$ q' p5 u(!"#)
; S% {* S) C( H: [* T6 Z7 m氮化层深度
0 F) B- a+ y+ C) `(88)! A- J8 J- g1 k0 ]) o% m& C
9:9;< = :#=@:>=@<; ?* u5 ?3 c8 i' w# y8 O
''@实验结果及分析, {# j# T2 n7 i
激光气体渗氮实验结果的数据见表:., F* _2 V/ D+ A2 t1 i3 J
表:激光表面渗氮的实验结果数据& y3 K2 C- @7 i
氮化时间(7)9@''@=#>: ;>(
( a) C# W$ H, z深度(88)=@''>=@#=@#>=@:=@:>=@<=@=@
+ r. ^5 o! N- K9 w由离子渗氮实验可知,为了达到=@: 88的硬化2 q! Q+ R) F- J# `: E" u+ b* J
深度,一般需要9 >''=7,而激光表面氮化仅需 7
# b" r2 y/ G5 o1 r. t即可把硬化深度增大到=@:>=@<88.由此可见,为获- b! u6 ]8 M/ Y
得所需的硬化深度,对钢试样进行激光表面氮化处理
! _" M1 K* `: {% z g的时间远小于离子渗氮的时间,从而在短时间内增加
0 z2 u5 h$ I- S硬化深度.
) n# a; j o4 C9 t) S) l三,结论! i& M0 B' C1 w9 l( F1 U v3 z% o
9@离子氮化的#(%)*+,-钢表层有!的!相,氮化
$ [4 J/ A3 n6 _( D$ m物呈弥散状分布在铁素体中.经过激光表面相变硬化
7 ?- Z- {( Y# x处理后,!相消失,注氮层的组织为伸长的胞状结构,
3 m7 d* Q \1 b# R, \5 n+ b- h与之相邻的铁素体晶粒显著地细化了.离子注氮后的1 T/ d; [( O+ V. e/ V
#(%)*+,-钢经激光表面相变硬化处理后,氮原子的分
* I( r# K( N' z布发生了较大的变化,首先峰值浓度降低,氮原子向基
! A+ p- B# b& E6 h体深处扩散,其变化特征由上述的热扩散模型描述. i+ n& J% |9 E/ \, C* a$ Y/ V
离子氮化的#(%)*+,-钢经激光淬火后,其硬度略有增
$ @/ A0 p) g5 U6 d2 O! b# Z/ X大,硬化深度则有显著增加.这表明复合工艺具有互
$ x; ^. D: _) F9 B' V! F# Q补性.
4 G% D3 M1 A( ]& a: Z''@对#(%)*+,-钢进行激光表面气体渗氮处理,在
$ Q, `6 t" F" b* v短时间内可以获得很高的表面硬度.这一工艺是一种
: Y( W% D* a7 {0 A, C/ k很有潜力的热处理方法. |
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