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2Cr13不锈钢表面固相渗碳后的组织与性能

  • 发表时间:2020-03-30 21:11:14
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  2Cr13不锈钢具有高强度、高耐蚀性和抗氧化性好等优点,被广泛用作承受高负荷零件,如汽轮机叶片、热油泵轴和轴套及叶轮水压机阀片等。但其使用过程中时常出现硬度不够、严重磨损等问题,又制约了其进一步的应用。零件的实际使用寿命主要取决于其耐磨性,表面强化是提高性能最直接有效的方法,与其他强化技术相比,渗碳处理可以显著提高材料的表面硬度与耐磨性,常用工艺包括离子渗碳法、气体渗碳法和盐浴法等。但是,离子渗碳存在渗碳不均匀的问题,盐浴法还不成熟,气体渗碳方法比较复杂,且均存在对设备要求高、工艺复杂、成本较高等问题。传统的固相渗碳法工艺简单,适合小型零部件渗碳,但渗碳速度慢,为此常采用加入碳酸盐催渗剂的方法来提高渗碳速度,但又容易在表面产生阻挡层,对渗碳速度有不利影响,且渗层质量不易控制。为此,研究人员采用一种新颖的固相渗碳方法进行渗碳:将2Cr13不锈钢和灰口铸铁包在一起,在一定温度下使灰口铸铁中的片状石墨扩散至2Cr13不锈钢中,与分散均匀的Cr原子进行原位反应,在不锈钢表面生成复合渗碳层;C原子体积小,在基体中可以以间隙机制扩散,扩散速度快,Cr原子在基体中不易扩散,且Cr原子与C原子亲和力很强,灰口铸铁中的C原子在高温下快速扩散到基体中Cr原子的位置,与Cr原子以及基体中的Fe原子反应生成碳化物;利用XRD、SEM、微观硬度计、ML-100干式销盘两体磨料磨损试验机及电化学方法对渗碳层的物相组成、微观组织、显微硬度和耐磨、耐蚀性能进行了研究。 


  将2Cr13不锈钢和HT300表面打磨平整,并用丙酮与酒精清洗。将两者对齐紧密接触在一起,HT300在上方,用耐火纸包好压实,放入石墨坩埚中固定,置于1400X管式炉中,以5mL/min的流量通入氩气保护,以7℃/min的加热速率升温至1120℃,保温10h,随后降温至850℃,保温1h,水冷。 


  物相分析在XRD-7000X射线衍射仪上进行。组织观察在JSM-6700F型扫描电镜上进行。显微硬度测试在TUKON2100型显微硬度计上进行。采用经典的三电极法以CS350电化学工作站进行电化学测试。试验结果表明: 


  (1)以1120℃保温10h,850℃保温1h,可利用灰口铸铁中的片状石墨对2Cr13不锈钢进行固相渗碳,生成由(Fe,Cr)7C3颗粒增强的复合渗碳层,晶内碳化物呈岛状弥散分布,晶界碳化物断续分布。 


  (2)渗碳层显微硬度最高值出现在2Cr13不锈钢表面,达到1082HV1N,并随着距表面距离的增加而逐渐降低。 


  (3)渗碳层的耐磨性约为2Cr13基材的5倍,但其耐蚀性有所下降。 


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