超级马氏体不锈钢的等离子渗氮和氮碳共渗
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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超级马氏体不锈钢（SMSS）是典型的新一代13%Cr马氏体钢，含碳量较低，并含镍和钼，故具有更好的可焊性和低温韧性。马氏体无锡不锈钢通常都是整体热处理（淬火、回火）硬化，但是通过表面处理可进一步提高表面硬度和耐磨性，能改善零件的性能，延长其使用寿命。
表面涂覆处理是改善零件耐磨和（或）耐蚀性能的最常用的方法之一。研究表明无锡不锈钢低温等离子渗氮或氮碳共渗可形成硬的表层从而提高耐磨性。本项目针对等离子渗氮和氮碳共渗处理温度对试样的形貌、显微组织、显微硬度和耐磨性的影响做出评估。
首先，切割出尺寸为20mm×30mm×3mm的UNS S41425 SMSS试样，然后采用普通金相技术对试样表面进行抛光。钢的化学成分为Fe-0.014C-0.93Mn-0.38Si-11.96Cr-7.00Ni-2.05Mo-0.045N-0.39Cu（质量分数，%）。
等离子处理前，对等离子室内的试样用氩气吹洗清理（在工作压力下，低于等离子处理温度50℃，清理30min）。等离子渗氮（PN）和氮碳共渗（PNC）均采用直流电法进行，分别采用80%H2-20%N2和77%H2-20%N2-3%CH4（体积分数）作渗剂。工艺参数：压力500MPa，时间5h，温度分别为400℃、450℃和500℃。对处理后的SMSS试样分别采用光学显微镜、显微硬度、XRD和干磨损试验进行了表征。
超级马氏体无锡不锈钢等离子渗氮和氮碳共渗均能获得连续的渗层，其厚度随着处理温度的升高而增加。X射线衍射结果表明，两种工艺中均存在铬的氮化物，含量随着处理温度的升高而增加，而铁氮化物含量随之减少的现象。此外，氮碳共渗时，由于碳的存在，碳化物的数量随着处理温度的升高而增多。
固定球磨损试验表明，经这两种工艺处理的试样，其磨损体积都比基体小，而且耐磨性随着处理温度的升高而提高。经两种工艺处理和未处理的SMSS试样在磨损试验过程中的磨损机制主要是凿削磨损。