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30CrMnSiA钢等离子体稀土氮碳共渗研究

陈先进  
【摘要】: 本文对30CrMnSiA钢等离子体稀土氮碳共渗工艺进行了研究。采用OM,XRD和EDS分析对共渗层组织、相结构和元素分布进行了研究;通过显微硬度测试和摩擦磨损试验对共渗层的显微硬度分布,耐磨性进行了表征。试验结果表明稀土氮碳共渗,显著提高了材料的表面硬度,获得了硬度呈梯度分布的共渗层,改善了材料表面的耐磨性。 对30CrMnSiA钢等离子体氮碳共渗层进行了金相观察。结果表明,共渗层均由最表层的化合物层和扩散层组成;共渗层厚度和单位表面积增重与时间的关系均遵循抛物线;提高共渗温度,共渗层厚度增加;提高炉压,共渗层厚度变薄。 由XRD结果指出,30CrMnSiA钢不同工艺条件的氮碳共渗,表面层的相组成为γ′-Fe4N、ε-Fe3N、α′-Fe和少量的Fe3O4相,渗层中γ′-Fe4N相的比例随保温时间的延长先增加后减少。EDS分析表明,在500°C氮氢稀土流量比为0.1:0.3:0.05条件下共渗4h渗层中碳含量可达10~12at.%;表面氮含量约为23at.%,且表面层10μm范围内氮浓度快速降低,这与化合物层相对应,超过10μm氮浓度下降较为平缓,即与扩散层相对应。 30CrMnSiA钢等离子体氮碳共渗后,表面硬度显著提高,共渗层中硬度呈梯度分布;增加保温时间,共渗层的表面硬度进一步提高,500°C氮碳共渗16h,表面硬度可达到985 HV0.1;随渗氮温度提高,表面硬度先升高后下降。 摩擦磨损性能测试结果表明,等离子体稀土氮碳共渗改善了材料表面耐磨性。500°C氮碳共渗时,稀土添加使材料耐磨性进一步提高。在RE=0.1L/min时,耐磨性最好。氮碳共渗温度升高,表面耐磨性下降。


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