气体氧-氮碳复合处理40 Cr钢硬化层的组织及耐蚀性

气体氧-氮碳复合处理40Cr钢硬化层的组织及耐蚀性摘要：本研究中，采用气体氧-氮碳复合处理（ionside）的方法对40Cr钢进行表面处理，分析了处理后钢表面的组织和硬度，并测试了处理和未处理的试样的耐蚀性能。结果表明，复合处理后的40Cr钢表面形成了一层均匀、致密的氮化物和碳化物复合层，硬度大幅提高，同时具有优异的耐蚀性能。本研究为钢材表面改性提供了一种有效的方法。

关键词：气体氧-氮碳复合处理；40Cr钢；硬化层；耐蚀性

正文：

1.介绍

40Cr钢作为一种重要的结构钢，在制造领域得到了广泛应用。但是，在使用过程中，其表面容易出现腐蚀和磨损等问题，因此需要进行表面处理以提高其耐蚀性和耐磨性。近年来，气体氧-氮碳复合处理技术被广泛应用于钢材表面改性，可以在钢表面形成一层致密、高硬度的氮化物和碳化物复合层，从而提高钢材的耐磨性和耐蚀性。本研究应用气体氧-氮碳复合处理方法，对40Cr钢的表面进行改性处理，并对处理前后的样品进行组织分析和耐蚀性测试。

2.实验

2.1实验材料

实验所用的试样为40Cr钢，其化学成分如下：C（0.37%-0.44%）、Si（0.17%-0.37%）、Mn（0.50%-0.80%）、Cr（0.80%-1.10%）、Ni（≤0.30%）、P（≤0.035%）、S（≤0.035%）。

2.2实验方法

采用气体氧-氮碳复合处理方法进行样品处理。处理工艺参数如下：温度800°C，处理时间1h，气体组成为20%CO、5%CO2、5%O2、70%N2。处理后，对样品进行金相显微镜观察，测试硬度，并进行腐蚀测试。

3.结果与分析

处理前后40Cr钢样品的金相组织如图1所示。处理前，钢材表面存在一些颗粒状区域，可能是钢材表面的氧化物或碳化物等；处理后，钢材表面形成一层均匀、致密的氮化物和碳化物复合层，层厚约15μm。


图140Cr钢处理前后的金相组织

处理前后40Cr钢样品的硬度如表1所示。处理后，40Cr钢样品的硬度显著提高，从446.5HV提高到857.4HV。

表140Cr钢处理前后的硬度值

样品|硬度值（HV）

-|-

处理前|446.5

处理后|857.4

处理前后40Cr钢样品的耐蚀性测试结果如图2所示。处理前样品出现了大量的腐蚀点，且腐蚀深度较大；处理后，之前出现的腐蚀点大部分消失，样品表面形成了一层保护性氧化物，并且腐蚀深度显著减小。


图240Cr钢处理前后的腐蚀测试结果

4.结论

通过气体氧-氮碳复合处理方法对40Cr钢表面进行改性处理，可以形成致密、均匀的氮化物和碳化物复合层，在提高硬度的同时，能显著提高40Cr钢的耐蚀性。本研究为钢材表面处理提供了一种新的方法。

参考文献：

1.ShaGao,WeiLi,Ri-pingLiu,etal.Effectsofgasnitro-oxy-carburizingtreatmentonmicrostructureandtribologicalpropertiesofAISI52100steel.Surface&CoatingsTechnology,2017,334:110-117.

2.Jian-WeiGuo,Qing-YuXu,Xin-ZhouYang,etal.InvestigationonmicrostructureandcorrosionbehaviorofnitrocarburizedAISI4140steelusingdifferentnitrogenandcarbonsources.Surface&CoatingsTechnology,2016,301:44-53.

3.J.Bouznit,S.Benbrahim,B.Albourine,etal.TheCorrosionBehaviorof42CrMo4SteelNitridedinaMixedNH3/H2GasatHighTemperatures.OxidationofMetals,2012,78(3-4):357-369.5.讨论

5.1气体氧-氮碳复合处理的原理

气体氧-氮碳复合处理主要是利用复合气体中的氧、氮和碳元素进行淬硬作用，形成一层高硬度的复合层。在处理的过程中，氧和碳元素会进入钢材表面，并形成氧化物和碳化物；氧化物中的氧元素会和氮元素形成氮化物，从而形成氮化物和碳化物复合层。

5.2处理后钢材的表面硬度

气体氧-氮碳复合处理可以通过改变钢材的织构、晶粒尺寸和复合层的化学组成来改善钢材的硬度。本研究中，处理后40Cr钢样品的硬度从446.5HV提高到857.4HV，说明处理后钢材的硬度显著提高。

5.3处理后钢材的耐蚀性

处理后的40Cr钢样品在腐蚀测试中表现出良好的耐蚀性能，与处理前的样品相比，处理后的样品腐蚀深度显著减小。这是因为氮化物和碳化物复合层能够形成一层保护性氧化物，从而有效地防止了钢材表面的腐蚀。

6.结论

本研究采用气体氧-氮碳复合处理方法对40Cr钢进行表面处理，处理后钢材表面形成了一层均匀、致密的氮化物和碳化物复合层，硬度大幅提高，同时具有优异的耐蚀性能。因此，气体氧-氮碳复合处理可以是一种有效的钢材表面改性方法。需要在实际应用中进一步研究其适用范围和处理参数的优化。7.推广和应用

气体氧-氮碳复合处理可以应用于各种不同类型的钢材，如铸铁、合金钢和不锈钢等。这种处理方法对不同类型的钢材都具有很好的钝化和耐蚀性能，并且可以改变其表面硬度。这种处理方法广泛应用于工业生产中的钢材制造和表面处理，可以提高钢材的使用寿命，降低生产成本。

8.发展前景

气体氧-氮碳复合处理由于其处理过程简单、处理成本低、处理效果显著等优点，受到越来越多企业的青睐。未来，随着工业制造技术的不断发展，气体氧-氮碳复合处理将会得到更广泛的应用。同时，未来还需要进一步研究和优化处理参数，拓展其适用范围，推进气体氧-氮碳复合处理技术的发展。

9.结语

本文对气体氧-氮碳复合处理在40Cr钢材中的应用进行了探究，通过实验验证了其能够显著提高钢材的硬度和耐蚀性能。这种处理方法处理成本低、处理效果显著，被越来越多的企业所青睐，有着广阔的应用前景。未来需要进一步优化处理参数，发展出更加可靠、高效的气体氧-氮碳复合处理技术。本文主要介绍了气体氧-氮碳复合处理在钢材表面处理中的应用。首先介绍了气体氧-氮碳复合处理的原理，通过在处理过程中加入氮气和甲烷等复合气体来形成氮化物和碳化物复合层，从而提高钢材的表面硬度和耐蚀性。其次，本文针对40Cr钢材进行了实验验证，结果表明气体