M2高速钢软氮化工艺及氮化脆性机理的研究

论文摘要

本文对M2高速钢软氮化工艺进行了研究与改进,软氮化工艺参数的变化范围为渗氮温度540-580℃,渗氮时间2.5-3.h,氨气流量为3-8Nm3/h,氮气流量为6-10N m3/h,二氧化碳流量为0.4-0.6 Nm3/h,然后采取空冷、油冷两种冷却方式。利用显微硬度计、金相显微镜和X射线衍射仪、电子探针分析仪和X应力测定仪等测试手段,研究了M2高速钢软氮化后渗层的硬度梯度和厚度、显微组织、相结构、背散射电子像及渗层的残余应力等;深入探讨了M2高速钢在软氮化中氮原子扩散过程和脆性产生的机理。分析结果表明试样在实验工艺参数变化范围软氮化后,脉状氮化物的出现与试件产生脆性具有重要关联:不仅仅是白亮层出现时试件的脆性大,而试件渗层组织中有脉状氮化物出现时,试件的脆性也较大。经检测发现:M2高速钢的软氮化渗层组织中以山脉状的形式沿晶界析出分布的脉状氮化物,主要是铁的氮碳化合物;这些脉状氮碳化合物的形成阻碍了氮碳元素的继续扩散,并产生积累效应是脉状组织形成的重要原因;适当合理控制M2高速钢软氮化工艺参数,有利于合金氮碳化物在渗层中呈弥散颗粒状分布,可大幅改善高速钢的氮化脆性,减低了废品率,使试件的成品率达到96%以上,大大提高了经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 文献综述
• 1.1.1 软氮化渗氮的发展简介及发展趋势
• 1.1.2 软氮化工艺的特点
• 1.1.3 高速钢软氮化技术发展现状及研究趋势
• 1.1.4 课题来源及意义
• 1.2 本章小结
• 2 实验理论指导
• 2.1 铁氮平衡图和铁氮碳平衡图
• 2.2 氮、碳原子的扩散
• 2.3 扩散机制
• 2.4 渗层的形成
• 2.5 氮原子扩散过程中的动力学
• 2.6 颗粒合金氮化物形成机理模型
• 2.7 本章小结
• 3 实验与分析方法
• 3.1 实验材料及软氮化设备
• 3.2 试样软氮化前的热处理及预处理
• 3.2.1 试样软氮化前的热处理
• 3.2.2 试样预处理
• 3.3 软氮化工艺因素
• 3.3.1 软氮化温度
• 3.3.2 软氮化时间
• 3.3.3 氨气的流量
• 3.3.4 氮气的流量及二氧化碳的流量
• 3.4 实验工艺的确定
• 3.5 实验分析方法
• 3.5.1 渗层表面显微硬度的测定
• 3.5.2 金相试样的观察
• 3.5.3 渗层深度的检测
• 3.5.4 渗层显微硬度梯度的测定
• 3.5.5 渗层X射线衍射分析
• 3.5.6 基体和渗层的软氮化后的电子探针分析
• 3.5.7 渗层的应力测定
• 3.6 本章小结
• 4 实验结果及分析
• 4.1 表面显微硬度
• 4.2 金相组织
• 4.2.1 金相组织
• 4.2.2 对渗层金相组织的分析
• 4.3 渗层厚度检测结果及分析
• 4.4 渗层硬度梯度检测结果及分析
• 4.5 渗层X衍射检测结果及分析
• 4.6 试样的电子探针分析
• 4.6.1 电子探针对渗层表面氮浓度的分析
• 4.6.2 试样基体和软氮化后的电子探针分析
• 4.7 渗层应力测定
• 4.7.1 引言
• 4.7.2 应力测试结果与分析
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录