2Cr13不(bú)锈钢具有高强度、高耐蚀(shí)性和抗氧化性好等优点,被(bèi)广泛用作承受高负荷零件,如(rú)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(yòng)过程中(zhōng)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(jué)于其耐磨性(xìng),表面(miàn)强化是提(tí)高性能最直接有效的方法,与其他强化技术相比,渗碳处(chù)理可以(yǐ)显著(zhe)提高(gāo)材料的表面硬度与(yǔ)耐磨性,常用工艺包括离(lí)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(tí),盐浴法(fǎ)还不成熟,气体渗碳方法比较复杂,且均存在对设备要求(qiú)高、工(gōng)艺(yì)复杂、成本较高等问题。传统的固相渗碳法工艺简单(dān),适合小型零部件渗碳,但渗碳速度慢,为此常(cháng)采用加入碳酸盐催渗剂的方法(fǎ)来提高渗碳速度(dù),但又容易在表面产生阻挡层,对渗碳速度有(yǒu)不利影响,且(qiě)渗(shèn)层质(zhì)量不易控制。为此,研究人(rén)员采用一种新颖(yǐng)的固相渗碳(tàn)方法进行渗碳:将2Cr13不锈钢和(hé)灰口铸铁包在一(yī)起(qǐ),在一定温度下(xià)使灰口铸铁中的片状石墨扩散至2Cr13不锈钢中,与(yǔ)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(zài)基体中可以以间隙机制扩散,扩散速度快,Cr原子在基(jī)体中不易扩(kuò)散,且(qiě)Cr原(yuán)子与C原子亲和力很强,灰(huī)口铸(zhù)铁中的(de)C原(yuán)子在高温下快速扩散到基体中(zhōng)Cr原子的位置(zhì),与Cr原子以及基体中(zhōng)的Fe原子反(fǎn)应生成碳化物;利(lì)用XRD、SEM、微(wēi)观硬度计、ML-100干式销(xiāo)盘两体磨料磨损试验机及电化学方法对渗碳层(céng)的物相组成、微(wēi)观组织、显微硬度和耐(nài)磨、耐蚀性能进行了研(yán)究。
将2Cr13不锈钢(gāng)和HT300表面(miàn)打磨平整,并用丙酮与(yǔ)酒精清洗。将(jiāng)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(sù)率升(shēng)温至1120℃,保温10h,随(suí)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(jìn)行。采用经典的三电极(jí)法以CS350电化学工作站进行电化学测试。试验(yàn)结果表明:
(1)以1120℃保温10h,850℃保温1h,可利用灰(huī)口(kǒu)铸铁(tiě)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(shèn)碳层,晶内碳化(huà)物呈岛状弥散分布,晶界碳化物断续分(fèn)布。
(2)渗碳层显微硬度最高值出现在2Cr13不锈钢表面,达到(dào)1082HV1N,并随着距表面距离的(de)增加而逐渐降低。
(3)渗碳层的耐磨性约(yuē)为2Cr13基材的5倍,但其耐蚀性有(yǒu)所下降。
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