离子氮化中氮在典型钢中的扩散行为研究

摘要

通过热丝增强低温等离子体渗氮技术对三种晶体结构及主要合金成分具有显著差异的典型钢进行了氮化处理,三种典型钢分别为M50模具钢、W6高速钢、316L不锈钢,检测了氮化后三种典型钢的渗氮层厚度、硬度、耐磨性,对渗氮层显微组织和物相进行了观测与分析,并计算了N原子在典型钢中的扩散激活能。结果表明:在渗氮温度为450℃、氮/氢流量比为1∶3的条件下,分别渗氮1 h、2 h和4 h后,三种钢的硬度、耐磨性得到提高,具有回火索氏体组织的M50模具钢与W6高速钢的渗氮层相结构为扩展铁素体(α_(N))及铁氮化合物(Fe_(3)N)相,具有奥氏体组织的316L不锈钢的渗氮层相结构为单相扩展奥氏体(γ_(N)),且三种钢渗氮层厚度有较大差别,经过4 h离子氮化,W6高速钢的渗氮层最厚,达42.2μm,M50模具钢渗氮层厚度为27.2μm,316L不锈钢的最薄,为7.3μm。造成这种差异的主要原因是体心立方(BCC)结构的钢较面心立方(FCC)结构的钢含有更大尺寸的八面体间隙,且钢中碳与合金元素形成的碳化物会促进铁氮合金的ε相形核,而在晶格格点的Cr与N的较大亲合力阻碍了N的进一步扩散。