超級馬氏體不銹鋼的等離子滲氮和氮碳共滲
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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超級馬氏體不銹鋼（SMSS）是典型的新一代13%Cr馬氏體鋼，含碳量較低，并含鎳和鉬，故具有更好的可焊性和低溫韌性。馬氏體無錫不銹鋼通常都是整體熱處理（淬火、回火）硬化，但是通過表面處理可進一步提高表面硬度和耐磨性，能改善零件的性能，延長其使用壽命。
表面涂覆處理是改善零件耐磨和（或）耐蝕性能的最常用的方法之一。研究表明無錫不銹鋼低溫等離子滲氮或氮碳共滲可形成硬的表層從而提高耐磨性。本項目針對等離子滲氮和氮碳共滲處理溫度對試樣的形貌、顯微組織、顯微硬度和耐磨性的影響做出評估。
首先，切割出尺寸為20mm×30mm×3mm的UNS S41425 SMSS試樣，然后采用普通金相技術對試樣表面進行拋光。鋼的化學成分為Fe-0.014C-0.93Mn-0.38Si-11.96Cr-7.00Ni-2.05Mo-0.045N-0.39Cu（質量分數(shù)，%）。
等離子處理前，對等離子室內(nèi)的試樣用氬氣吹洗清理（在工作壓力下，低于等離子處理溫度50℃，清理30min）。等離子滲氮（PN）和氮碳共滲（PNC）均采用直流電法進行，分別采用80%H2-20%N2和77%H2-20%N2-3%CH4（體積分數(shù)）作滲劑。工藝參數(shù)：壓力500MPa，時間5h，溫度分別為400℃、450℃和500℃。對處理后的SMSS試樣分別采用光學顯微鏡、顯微硬度、XRD和干磨損試驗進行了表征。
超級馬氏體無錫不銹鋼等離子滲氮和氮碳共滲均能獲得連續(xù)的滲層，其厚度隨著處理溫度的升高而增加。X射線衍射結果表明，兩種工藝中均存在鉻的氮化物，含量隨著處理溫度的升高而增加，而鐵氮化物含量隨之減少的現(xiàn)象。此外，氮碳共滲時，由于碳的存在，碳化物的數(shù)量隨著處理溫度的升高而增多。
固定球磨損試驗表明，經(jīng)這兩種工藝處理的試樣，其磨損體積都比基體小，而且耐磨性隨著處理溫度的升高而提高。經(jīng)兩種工藝處理和未處理的SMSS試樣在磨損試驗過程中的磨損機制主要是鑿削磨損。