鋼中及滲劑中加稀土催滲行為的研究.pdf

1、鋼中及滲劑中 稀土催滲行為的研究摘要、 ~ ~一 ~沁義 稀土 是 我 國 的 富 有 資 源 ， 我 國 在 稀 土 的 研 究 和 應(yīng) 用 方 面 居 世 界 領(lǐng) 先 地 位 。 大 a q 究 證 明 ，鋼中 加入稀土可以明顯改善其力學(xué)性能、 物理性能、 抗氧化性能和防腐蝕性能等等; 在滲碳、滲氮等化學(xué)熱處理工藝中， 滲劑中 加入稀士后 不僅能 提高 滲 速， 而且還能 改 善碳氮化合 物的 形 貌 和 分 布 ， 提 高 滲 層

2、 的 綜 合 性 g } * Z J U L Y 6 I 分 利 。土 在 鋼 中 和 在 滲 劑 中 的 作 用 ， 開 發(fā)一種新型的稀土滲氮鋼， 對比 研究稀土的加入及稀土含量對滲氮行為的影響。 同時， 首次對氮甲 醇氣氛 F 滲劑中加入稀土對滲碳行為的影響 進行了 研究。之 飛 戶 先 冶 姍」 各 含 稀 1 n } 新 型 滲 洲。 在 感 應(yīng) 爐 中 將 商 品 鋼 3 8 C r M o A l A 重 熔 ， 4 ? 3

3、 i l i 投 入不同 含 量的 混 合 稀 土 金 屬， 攪拌 并 澆 注 成 ) 2 k g 的 鋼 錠， 分 別 獲得了 三 種 不同 稀土含 量的 稀土滲氮鋼和作為對比的 不含稀土的重熔鋼。 為了 使稀土在鋼中 均勻分布并防止鍛裂， 對熔煉后的鋼 進行了 鍛前擴散 退火和完全退火， 改鍛 后進行去 應(yīng)力退 火， 并 進行了 調(diào)質(zhì)處 理， 最后制成滲氮試樣。 在 5 7 0 ℃ 氣體滲 氮條 件下比 較了 不加 稀土的重 熔鋼與

4、原 始商品 鋼的 滲氮行為，發(fā)現(xiàn)在本試驗條件下重熔后鋼的 滲氮表層硬度顯著下降， 而滲層厚度卻有所增加。然后以 重熔鋼為參考， 分別在氣體滲氮和液體滲氮條件下進行了 對比滲氮試驗， 制成金相試樣后測L I S _ 了 滲氮層的 顯 微硬度分 布并觀察 金相組 織。 發(fā)現(xiàn) 鋼中 加 稀土 元素， 無論在氣體滲氮條 件下還是 在液 體滲 氮條 件下， 稀土都具 有明 顯的 催滲作 用， 提高 表層及滲 層的 氮濃度和硬度。 在本文試驗條件下

5、，以 稀土含量約 。 . 0 9 6 w t % 效果為最佳， 稀土含量過少或過多，其催滲效果下降。 另 外還發(fā) 現(xiàn)， 較多 稀土含量 鋼在較長的 滲 氮時間 下， 其滲 層硬 度分布曲 線在滲層與心部的 交界 處出 現(xiàn)了明 顯的 斜率陡 變， 觀察 金相組織 也發(fā) 現(xiàn)在此處出 現(xiàn)氮化物量的突然 減少。 通過 研究不同 工 藝下 鋼中 稀土 對滲氮的 作 用， 發(fā) 現(xiàn)其 稀土 催 滲的 效 果， 高 溫滲 氮優(yōu)于低溫滲氮， 并且氣體滲氮

6、優(yōu)于液體滲氮。另外， 對在氮甲 醇氣氛中 加稀土劉 I 5 C r N i 3 M o 鋼、 2 0 C r N i M o 鋼及2 0 # 鋼滲碳的 催滲作用進行了 初 步探討， 發(fā)現(xiàn)在氮甲 醇氣氛中 加稀 土對滲碳有明顯的 催滲作 用， 不僅 提高了 滲 層硬度，而 且增加了 滲層厚 度。在實驗的 基礎(chǔ)上， 我們提出了 稀土催滲的原子氣團 模型， 即 在化學(xué)熱處理過程中 稀土原子周圍 將形成包含碳、 氮的原子氣團。 這種氣團在碳、

7、氮原子濃度較高時， 將提高碳、 氮濃度和滲層硬度: 而在碳、 氮原子濃度較低時， 從表層擴散 進來的 碳、氮原子優(yōu)先形成氣團，毓攫赤 嗽 該遏AB S T RACT勸R a r e e a r t h i s a n a b u n d a n t r e s o u r c e i n C h i n a , a n d i t s r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i

8、 o n i n o u r c o u n t r y i sp l a y i n g a l e a d i n g r o l e i n t h e w o r l d . A l o t o f i n v e s t i g a t i o n s p r o v e d t h a t s t e e l a d d e d w i t h r a r e e a r t hc

9、o u l d r e m a r k a b l y i m p r o v e i t s m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , p h y s i c a l p r o p e r t i e s , a n t i - o x i d a t i o n a n da n t i - c o r r o s i o n , e t c . D u r i n

10、g t h e p r o c e s s o f c h e m i c a l h e a t t r e a t m e n t s u c h . a s n i t r i d i n g a n dc a r b u r i z i n g , t h e r a r e e a r t h a d d e d i n m e d i u m c o u l d n o t o n l

11、y a c c e l e r a t e t h e s p e e d o f p e n e t r a t i o n , b u ta l s o i m p r o v e t h e a p p e a r a n c e a n d d i s t r i b u t i o n o f c o m p o u n d s , t h u s p r o m o t i n g t h e

12、 c o m p r e h e n s i v ep r o p e r t i e s . B a s e d o n t h e f u n c t i o n s p l a y e d b y r a r e e a r t h i n s t e e l a n d m e d i u m , t h i s t h e s i s d e v e l o p e da n e w t y

13、 p e o f n i t r i d i n g s t e e l a d d e d w i t h r a r e e a r t h , a n d m a k i n g c o m p a r a t i v e r e s e a r c h o n t h ei n f l u e n c e o f t h e a d d e d r a r e e a r t h a n d

14、 i t ' s c o n t e n t . Me a n w h i l e , t h i s t h e s i s m a d e t h e f i r s ti n v e s t i g a t i o n o n t h e a c c e l e r a t i n g e f f e c t o f r a r e e a r t h s i n n i t r o g

15、e n - m e t h a n o l c a r b u r i z i n ga t m o s p h e r e .F i r s t o f a l l , a n e w t y p e o f n i t r i d i n g s t e e l c o n t a i n i n g r a r e e a r t h w a s m a d e b y s m e l t i n

16、g . A f t e rb e i n g m e l t e d b a c k i n t h e i n d u c t i o n f u r n a c e , t h e 3 8 C r M o A I A s t e e l w a s p u t i n d i f e r e n t a m o u n t o fr a r e e a r t h , t h e n s t i

17、 r r e d a n d c a s t i n t o 1 2 k g - w e i g h t i n g o t . T h u s , t h r e e k i n d s o f n i t r i d i n g s t e e l s w i t hd i f f e r e n t a m o u n t s o f r a r e e a r t h a n d a r

18、e m e l t e d s t e e l w i t h o u t r a r e e a r t h c a m e i n t o b e i n g . I n o r d e r t om a k e r a r e e a r t h d i s t r i b u t e h o m o g e n e o u s l y i n t h e s t e e l a n d t

19、o a v o i d c r a c k d u r i n g t h e f o r g e , t h e奮 s t e e l s u n d e r w e n t d i f f u s i o n a n n e a l i n g a n d c o m p l e t e a n n e a l i n g . A f t e r f o r g i n g , a n n e a l

20、i n g , t e m p e r i n ga n d q u e n c h i n g , t h e s t e e l s w e r e m a d e i n t o n i t r i d i n g s a m p l e s . A t 5 7 0 ' C , c o m p a r i n g n i t r i d i n gb e h a v i o r o f r e

21、 me l t e d s t e e l wi t h o u t r a r e e a r t h a n d c o mme r c i a l s t e e l w a s d o n e . U n d e r t h i se x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s , s u r f a c e l a y e r h a r d n e s s

22、 o f r e m o l d e d s t e e l d e c r e a s e d n o t a b l y , b u t c a s ed e p t h i n c r e a s e d .T h e n , t a k i n g t h eu n d e r P a s n i t r i d i n gr e me l t e d s t e e la s r e f e r e

23、 n c e , t h i s w r i t e r m a d e a c o m p a r a t i v e e x p e r i m e n ta n d l i q u i d n i t r i d i n g c o n d i t i o n r e s p e c t i v e l y ,m i c r o h a r d n e s s d i s t r i b u t i o n

24、 a n d o p t i c a l m o r p h o l o g y o f c a s e l a y e r . I tc o n d i t i o n s , r a r e e a r t h e l e m e n t s a d d e d i n t h e s t e e l c o u l d o b v i o u s l ya n d t h e n m e a s

25、u r e dwa s f o u n d t h a t u n d e ra c c e l e r a t e t h e p e n e t r a t i o n ,i n c r e a s e t h e h a r d n e s s a n d c o n c e n t r a t i o n o f n i t r o g e n o f c a s e l a y e r .c o n d

26、i t i o n i n t h i s t h e s i s i t w a s p r o v e d t h a t a d d i n g a b o u t 0 . 0 9 6 w t %U n d e r t h e e x p e r i m e n t a lr a r e e a r t h h a d t h e l a r g e s t. i n n u e n c e . T

27、 o omi c r o h a r d n e s sm u c h o r l e s s a mo u n t o f r a r e e a r t h s r e d u c e d t he e f e c t . I t wa s a l s od i s t r i b u t i o n c u r v e s o f c a s e l a y e r w i t h m o r

28、e r a r e e a r t h h a dj o i n t o f c a s e l a y e r a n d c e n t e r . W h e n o b s e r v i n g t h e s t r u c t u r e o f O M , w ea s h a r pf o u n df o u n d t h a t t h ec h a n g e a t t

29、 h et h e a mo u n t o fn i t r i d e d e c r e a s e s u d d e n l y a t t h a t p o s i t i o n . T h r o u g h t h e r e s e a r c h a b o u t t h e f u n c t i o n s o f r a r e e a r t hu n d e r d

30、i f f e r e n t p r o c e s s e s , t h e e f e c t o f p r o m o t i n g p e n e t r a t i o n o f t h e r a r e e a r t h w a s f o u n d m o r eo b v i o u s l y w h e n n i t r i d e d a t h i g h t