铁表面亚微米结构的低温气体渗碳特性

摘要

为了增加工件表层的含碳量并获得一定的碳浓度梯度，将工件放在渗碳介质中加热保温，使碳原子渗入表层的化学热处理工艺，称为渗碳(Carburizing, Carburization)。渗碳是目前机械制造业中应用最为广泛的化学热处理工艺。几乎所有的渗碳方法所需的温度都在900-950℃,甚至更高。本文发现通过氧化—还原预处理可以在铁表面获取亚微米结构体，在低于900℃的温度、相同碳势的条件下对具有亚微米结构体和没有亚微米结构体的纯铁进行渗碳，利用OM、 SEM、XRD、 EDX、显微硬度计等对渗碳层进行了观察、对比、分析、研究。 本研究的主要结果有: 1.纯铁试样通过450℃氧化，680℃还原处理，表面形成一种500nm尺度的准有序蜂窝状结构或无序态亚微米结构体，当还原温度上升到720℃，该结构体演变为0.5-2μm尺度的准有序山丘突起体，每个山丘突起体呈现明显的分层结构，层片厚度在100nm以下。将这种结构统称为亚微米结构。 2.同一碳势下对预处理后具有亚微米结构的纯铁试样进行渗碳处理，结果表明，预处理试样渗碳层大于普通试样，表面硬度明显高于普通试样。 3.氧化还原处理形成的亚微米结构体有利于渗碳。