不锈钢的固溶渗氮技术

1、Xx职业技术学院毕业设计（论文）作者：学号：系部: 模具技术系专业：材料成型与控制题目 不锈钢的固溶渗氮技术导者:评阅者:摘要不锈钢从20世纪初发明至今不足百年的时间，但其发展和应用的势头 却异常迅猛。特别是从20世纪60年代末以来，全世界不锈钢的产量基本保 持年均4%的增长率，不锈钢的应用范围逐步扩大到了国民经济的各个领域。 不锈钢之所以能得到如此迅猛的发展， 一个重要的因素是其具有耐蚀、 耐热 性。不锈钢热处理工艺的优劣对不锈钢的耐蚀、耐热性有很大影响，而且对 不锈钢的加工性能起着决定性的作用。 因此，不锈钢的热处理工艺在不锈钢 的生产过程中一直处于十分重要的地位。奥氏体不锈钢的高塑性、高

2、耐蚀性、良好的焊接性能、韧性和和低温韧 性、无磁性、易加工的优点，使其在石油、化工、食品及医药等行业得到广 泛的应用.但由于奥氏体不锈钢的硬度偏低、耐磨性较差，使用受到一定的限 制。为了提高奥氏体不锈钢的硬度和耐磨性，应用较多的是对奥氏体不锈钢 表面进行氮化处理。传统的不锈钢氮化工艺虽然提高了不锈钢的硬度，却在氮化层中析出了氮化物，由于氮化物在奥氏体晶界择优生长，消耗了铬,导致 奥氏体基体中的铬减少，结果使不锈钢的耐蚀性下降采用固溶渗氮工艺不但 提高了奥氏体不锈钢的硬度和耐磨性，而且提高了其耐蚀性能。关键词：不锈钢固溶渗氮硬度耐磨性Title :Stai nless steel solid s

3、oluti on n itrid ingAbstract :Stai nless steel from the begi nning of the twen tieth Cen tury invention has less than a hundred years, but its development and applicationof the momentunvery quickly. Especially from the nineteensixties since the end of the world, sta ini ess steel product ion base to

4、 maintain an average annual growth rate of 4%, the application of sta ini ess steel is gradually exte nded to all areas of the n ati onal economy. Stai nless steel can be so swift and viole nt developme nt, an importa nt factor in its corrosi on resista nee, heat resista nee.Stai nless steelheat tre

5、atme nt process the qualityof sta in less steelcorrosi on resista nee, heat resista nee have great in flue nee on the process ing of sta ini ess steel, but also plays a decisive role in the performa nee. Therefore, sta in less steel heat treatme nt tech no logy in sta ini ess steel producti on proce

6、ss has bee n in a very importa nt positi on.Auste nitic sta ini ess steel with high plasticity, high corrosi on resista nee, good weld ing performa nee, tough ness and low temperature tough ness, non-mag netic, easy process ing adva ntages, so that in the petroleum, chemical, food and pharmaceutical

7、 in dustries are widely used. But due to low hard ness, wear resista nee of auste niticsta ini esssteel is used, subject to certa in restrict ions. In order to improve the hard ness and wear resista nee of auste nitic sta ini ess steel, is widely applied on the surface of austeniticstainless steel n

8、itriding.The traditi onai sta ini ess steel n itrid ing process can improve the hard ness of sta ini ess steel,but in the nitride layer precipitated nitride, nitride atauste nite grain boun daries due to prefere ntial growth, con sumpti on of chromium, lead in austenite matrix of chromium decreased,

9、 the results made of sta in less steel corrosi on resista nee decreased by solid soluti onn itrid ingof auste niticsta ini ess steel willimprove the hard ness and wear resista nee, but also improve its corrosi on resista nee.Keywords : Stainless steel Solid solutionnitridingnot onlyHardn essWear res

10、ista nee目录1 绪论61.1 不锈钢材料简介61.1.1 不锈钢的分类71.1.2 不锈钢的主要作用81.2不锈钢热处理特点81.2.1 奥氏体不锈钢91.2.2 铁素体不锈钢101.2.3 马氏体不锈钢101.2.4 沉淀硬化型不锈钢111.3论文的目的和意义122 奥氏体不锈钢固溶渗氮122.1 试验材料及方法122.2 试验结果与分析142.3 显微硬度162.4 氮浓度分布162.5 X 射线分析182.6 极化曲线192.7 试验结论193 渗氮温度对奥氏体不锈钢性能的影响203.1 试验材料及方法203.2 试样表征213.3 结果与讨论214 不锈钢固溶渗氮244.1 固

11、溶渗氮工艺原理244.2 心部和表面层显微组织的关系254.3 最佳合金成分确定264.4 工业固溶渗氮275 渗氮温度对 3Cr13 不锈钢表面渗氮层组织和性能的影响275.1 试样制备与试验方法285.2 试验结果与讨论28结论35致谢36参考文献371绪论金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理 一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微 组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点 是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。固溶渗氮是1993年在Wiesbaden的热处理学术研讨会上作为不锈钢表面改性 新工艺提出

12、来的。目前已完成了实验和理论两方面的研究。淬火后奥氏体区的表面层中是富含氮的.固溶渗氮工艺参数为：渗氮温度在1100 1150C之间；氮气 分压Ph在1043X 105Pa之间；扩散时间为24h，渗氮层深度d为2.5r /mm传统的不锈钢渗氮工艺，一般采用的温度为 5006OOC。保温时间为25 50 h，所得的渗氮层深度为0.10.3 mm为提高渗氮层深度，就必须提高温度， 加快扩散，井延长渗氮时间。但提高温度，渗氮速度加快，又会使表面层的硬度 有所下降。因此渗氮层浅一直是渗氮工艺中存在的问题。而固溶渗氮很好地解决了这一问题，在1 100- 1150C温度下使渗氮层达2.5 mm若不锈钢中的

13、奥氏体 不稳定，在淬火过程中转变为马氏体，那么固溶渗氮和传统的渗氮工艺有很大的 差别，而是与表面淬火更接近。然而根据合金的成分，淬火后也能得到高强度的 奥氏体表面层。高硬度的马氏体表面层对不锈钢轴承、工具和齿轮很有利；而高 强度和韧性的奥氏体表面层可提高不锈钢件(如液流机械中的泵和阀门等)的耐 空气和液体的腐蚀性。1. 1不锈钢材料简介不锈钢(Stainless Steel )指耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质和酸、碱、盐等化学浸蚀性介质腐蚀的钢，又称不锈耐酸钢。实际应用中，常将耐弱腐蚀介 质腐蚀的钢称为不锈钢，而将耐化学介质腐蚀的钢称为耐酸钢。由于两者在化学 成分上的差异，前者不一定耐化学介质腐

14、蚀，而后者则一般均具有不锈性。不锈 钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。不锈钢基本合金元素还有镍、钼、钛、 铌、铜、氮等，以满足各种用途对不锈钢组织和性能的要求。1.1.1 不锈钢的分类 不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢及沉淀硬化不 锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。铁素体不锈钢：含铬 12%- 30%其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增 加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。铁素体不锈钢因 为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能 较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、 硝酸及盐

15、水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点， 用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零 件等。奥氏体不锈钢： 含铬大于 18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、 钛、氮等元素。 综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的wC<0.08%钢号中标记为“ 0”。这类钢中含有大 量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊 接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备， 如耐蚀容器及设备衬里、 输送管道、 耐硝酸的设备零件等。 奥氏体不锈钢一般采 用固溶处理，即将钢加热至10501150C，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。奥氏体铁素体双相不锈钢：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑 性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%28% Ni含量在3%10%有些钢还含有 Mo Cu Si、Nb Ti，N等合金 元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更 高，无室温脆性， 耐晶间腐蚀性能和焊接