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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/ }& z9 P; R' `, P6 X+ u; G# @
对钢试样进行常规气体离子渗氮,再利用固体激
* x+ L# \4 Y7 ^4 ]) |光器("#$!:%&''()*+,)对已渗氮钢试样进行照射,经4 N- R5 a7 e, _3 e8 C0 P! G
过这样的复合工艺处理以后,可以适当地调整注入元
' q, N1 _! O: c( C素的分布,改善组织结构,弥补单一表面处理在表面性
$ J: D/ t% G N4 k能上的某些缺陷,获得优异的机械性能,从而为材料表. x8 @' h( f8 L- }+ }
面改性开发一个新途径.# N4 @. o9 V) x/ ]' [
-.$/0,12&3钢的复合处理实验1 U4 l; x- S. O3 a1 Z
将已离子氮化的$/0,12&3钢试样(见表-),固定& t$ ]8 _! A) p8 c
于透明玻璃瓶中,将瓶子密闭抽真空后再注入保护气
! K2 e) W, l/ ^! d7 b1 \7 c体氮气.试验采用固体激光器("#$!:%&''()*+,),其6 _ l. p0 M0 j# q. [
功率约为456758,对试样进行不同时间长短的照射.8 V, ]2 l; X! x5 k# o5 }3 M
光斑直径大小可以利用透镜扩束来进行调节.测出经: j2 B% ~) V* t R; Y
不同时间照射下激光表面相变硬化处理后试样表面硬5 r# Y& {/ F8 t2 F
度,再将试件表面磨削后测出磨削后硬度,试验结果见5 @7 r+ d! V. E
表9.表-已离子氮化的$/0,12&3钢的成分及性能
) v9 d6 t; r" g a5 J9 G5 m& I5 G材料: e1 y; g9 R+ N
成份(# T7 Z- I: q9 T' k9 U. G% b
00,12&3
) K4 L ?/ a- B+ E6 U( |/ ?脆性3 V9 n5 r- x' a6 }; V7 ]0 c
(级)
^. W. e/ `) h6 G6 ?硬度0 D; J- r) E& C$ S1 V
(!"#)
0 ~( U. b$ j9 \6 \ ?' T# d深度( r. l' {* f! c) j
(;;). F4 [! S& i4 p: T4 N: ?% L# o
$/0,12&3钢! D! b. f2 ^; h2 d5 |# U
5.$46
' k1 J' ` L$ V- r: u5.<9
4 l8 {8 R0 E3 U7 q) v( L-.$46* U) T" d9 @" L0 {
-.74
6 ~( \ X/ Z8 U. {0 l$ @. o5.-466 u: B* H! g) L( @9 D
5.94- F4 |# Z! \. ]" `8 @
5.=56
. a- F. c5 T0 R& l: A, Q-.-5% @. N& j) k. @, N6 T/ l1 ]
9<$./5. )+ p" d, ]; }9 P( X- j
硬度(!"#)
4 k; K4 |2 F9 y/ w }5 ]深度
l$ I! C; d- x, e3 Q# E(;;)硬度(磨削后)0 u! r+ U& E! g( w3 U3 J( g
(!"#)$ w4 ?7 x, o% I. `" a+ X
&@( w2 K' @6 h) \7 z. h4 b5 @
A@+ @& _7 v: W! a6 Y" W e
0@. k. ]8 Q5 k! _! B" y
45675
6 }1 o) ]' x1 d4 M% B$ E45675
1 Y# m0 N8 N' @, \# @9 q未照射
) p3 Y6 R u' t5 E<5& x- _2 d" B V' A: m; b
75) o* f, u" |( G% Z& H! G, i
<$.4$ a% r( v5 ]# ]: \/ S, i& X- c
<<.9) G# J/ p$ v# T; \; E
<4
1 q, @1 z7 p& x; B- ^9 k; x<<
& F& t& Q9 j: q- J5 S+ Z<<.7
/ i" N4 D, b3 z8 G8 ]2 j( Q( T<4.9
9 e& m1 e% B. L<<
% k, C& Z1 [9 d<<.4
! H) @1 E$ g4 X( \<4
% v* i5 C3 E7 d r5.<7$ m1 J! s* ~4 Q' |: ?
5.4/3 @+ {0 r5 i3 y# r* n
5.7-9 e7 @2 N0 |, u5 R3 u2 n" Y
$B.-' Y& a) k0 U1 c, L; d7 F7 @
$B.$+ M2 t8 Q; d8 `. E+ }# k% u% @
$B.4; A+ Y% D7 H) m% I# u! T
$B.9& o. @$ N2 N* q# Y: B" B
$B.40 B/ X- j( Y4 N; d" D- N0 i
$B.7
/ W$ x7 m! y" q8 Y$B.9
( }+ x" p5 ?+ P$ p* s9 G# [9 K4 Z$B. 激光表面相变硬化处理后," E$ K( j* H' j0 @6 i5 O
试样表层的硬化深度为5.7-;;,这明显要比离子氮化
5 x. o$ _) B* j& B# W! M6 c, o处理试样的深度5.<7;;大了很多.这也肯定了离子
4 x6 a I/ `. e# @氮化!激光表面相变硬化处理这一复合工艺的实用% h7 x9 x3 K7 a% T, l: J
性.此外,试样经磨削后由其硬度可知,试样芯部仍保
( I1 w' c0 _6 P, x9 u持原有的韧性和其它机械性能.
: K# Z2 e) l+ D- b( w二,激光表面气体渗氮/ a" [4 J6 r' \# e9 m4 j9 z
-.$/0,12&3钢的激光渗氮实验
! ?3 |* X0 p% \$ V* \79机械工艺师9555.-9
( k6 t( I ]2 J$ Y' p# J万方数据6 o. R; D3 }( S) ~9 q0 e" r
在进行激光表面渗氮实验中,采用氨气作为渗氮
/ K z7 R/ N' m; {# C' z气氛,在实验过程中,发生如下的化学反应:. U& K/ t. u- _ T2 ]( t
!"9 h4 _1 ]. l+ `) @/ r& }
#
' G2 M: K3 I Y$ \" c!#"$[!]%&$!"
$ N7 |( }# L- a5 Y+ ~3 x% p#0 B* K4 \: ?) d- q7 D: |
!"%!$"1 B6 J( E0 [2 \6 ^
''1 \& e$ f- o$ q* S' J) p
&"%!!"$[%]$[!]$ y* O: W3 Z3 B3 _% n
其中,氮的离子会和工件中的铁等结合形成氮化0 f6 D2 M( P# G4 t$ `7 x4 m
铁等化合物,氢对工件表面有净化作用,如再添加少量
) b! n" E$ H$ F1 D3 ~; z+ \2 e- ~ R丙烷就可以达到改善化合物层的机械性能的目的., Q2 P& E4 ^8 j! {6 w- W6 M
将未经离子氮化的#(%)*+,-钢试样固定于玻璃! R. r' [1 ^4 ^+ Z
瓶中,将浓氨水倒入玻璃瓶内,经摇晃使其挥发出氨气
: t; h& x) s! w充满瓶子后密闭之,采用固体激光器(!.#$:/,0& U2 H7 c4 \* @9 b
1234))对瓶中试样进行长时间照射,进行激光气体渗6 l. g% q d4 ]1 z$ r$ C v; \$ ~# U( j
氮.实验参数如表#所示.
7 J% P$ E8 Z& s {3 R5 B1 T/ O表#激光表面氮化实验参数
9 E3 y& o6 o% c5 B' g; H电流(,)电压(5)/ Z0 T+ P8 }% _5 \, s! ~+ \& t
输出功率( [! N1 {7 o- P- C; C/ I
(6)6 c+ |1 y# U, |# ^$ c" |
照射时间# Z* Y; t) ^& u1 \) M
(7)9 |( t2 X4 ^! l0 b1 s' @7 [9 f; B
硬度+ T$ \2 A2 h D2 p+ {) k. h
(!"#)
/ {' r7 Z- }* G氮化层深度" ^; ~3 Y$ y$ g
(88)! j2 |+ _1 b8 J3 A1 u
9:9;< = :#=@:>=@<; T0 N$ ^! F6 ~
''@实验结果及分析
8 N& X2 X- q" ~' o, G% s h; r激光气体渗氮实验结果的数据见表:.0 q/ s3 Y2 S' k( q: g7 `
表:激光表面渗氮的实验结果数据
# |" a. ]- w m4 m氮化时间(7)9@''@=#>: ;>(
+ I; Q. i8 F7 L, x深度(88)=@''>=@#=@#>=@:=@:>=@<=@=@
% G. }! O" U- H6 U由离子渗氮实验可知,为了达到=@: 88的硬化- y- ~& U+ z+ M$ ~# Z3 G" O+ D/ b
深度,一般需要9 >''=7,而激光表面氮化仅需 75 b) @) Y+ x' j8 B* G ?$ Y* q3 m% A
即可把硬化深度增大到=@:>=@<88.由此可见,为获
$ [. v7 G9 m0 f; J得所需的硬化深度,对钢试样进行激光表面氮化处理+ v+ [' d- z/ o0 h& l2 r! A1 b
的时间远小于离子渗氮的时间,从而在短时间内增加
: h! v( c {3 W, R硬化深度.
6 j- v9 R3 p( r5 g- \三,结论
3 Z1 |+ i) G% @5 U4 Y1 W; v9@离子氮化的#(%)*+,-钢表层有!的!相,氮化
: b3 E9 P* _, }( e/ B物呈弥散状分布在铁素体中.经过激光表面相变硬化
# I$ d5 ?/ ]6 U处理后,!相消失,注氮层的组织为伸长的胞状结构,$ ?3 d1 k- M6 x1 t' `
与之相邻的铁素体晶粒显著地细化了.离子注氮后的
; V6 V! q: M5 s; ^1 W6 F, Q#(%)*+,-钢经激光表面相变硬化处理后,氮原子的分
# j" B$ c4 |# k+ ]) x1 E布发生了较大的变化,首先峰值浓度降低,氮原子向基
9 I9 P7 I0 k# B0 ?% z7 ~1 T* M体深处扩散,其变化特征由上述的热扩散模型描述. e W, X5 E! F$ c' Z
离子氮化的#(%)*+,-钢经激光淬火后,其硬度略有增
g- }; A% F% R0 S6 d5 ?. n大,硬化深度则有显著增加.这表明复合工艺具有互
' V$ a/ @$ C# P* r补性.3 ~, q3 `* t* m- N$ u8 q
''@对#(%)*+,-钢进行激光表面气体渗氮处理,在) k0 U3 N1 ~) M& m4 C+ v! N# z, W
短时间内可以获得很高的表面硬度.这一工艺是一种* u a9 w& t% Z
很有潜力的热处理方法. |
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