20钢渗氮表面500℃盐浴渗铬层微观组织结构研究摘要:20钢经离子渗氮后在500℃下进行盐浴渗铬,采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜及高分辨透射电镜研究渗铬层的组织结构,并选取1h、5h、12h不同渗铬保温时间的样品来探讨渗铬时间对渗铬层的组织结构的影响。结果表明,在500℃下盐浴渗铬能获得铬的化合物层,其表面相主要为CrN、β-(Cr,Fe)2(N,C)1-x相,且随着渗铬时间的延长β相增多且出现Cr7C3相。在500℃下复合盐浴渗铬12h得到的化合物层晶粒细小并存在纳米晶。化合物层中CrN晶粒较完美但可长大到几百个纳米大小,而Cr7C3相晶粒内出现许多孪晶或层错。关键词:20钢;离子渗氮;渗铬;氮化铬:TG142,TG156.8+8MicrostructureoftheCompositeChromizedLayeron0.2wt%steelafter500Salt-BathChromizingWuCuilan,YuanMin,ChenWanglinAbstract:Plainlow-℃carbonsteelwith0.2wt%carbon(steel20)firstwastreatedbyplasmanitridingandthenwasprocessedbysaltbathchromizingat500for1h,5hsand12hs,respectively.Themicrostructureofchromizedlayerswasstudiedbymeansof℃opticalmicroscopy,X-raydiffraction(XRD),scanningelectronmicroscopy(SEM)andtransmissionelectronmicroscopy(TEM).TheresultsshowthatthechromizedlayerconsistsofCrN,β-(Cr,Fe)2(N,C)1-x.Withprolongingthechromizingtimefurther,theamountofβ-phaseinsurfacelayerincreasesandCr7C3phasecanappearinthesurface.Thechromizedlayerformedat500for12hcontainsbothsub-micronCrNgrainareaandnano-℃materialarea.ThefineCrNgrainscouldgrowuptohundredsofnanometerwhiletherewerealotoftwinsor/andstackingfaultsintheCr7C3grains.Keywords:Steel20;plasmanitriding;Chromizing;chromiumnitrides.1引言通过渗铬能获得到具有高硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及抗高温氧化性能的渗铬层[1]。目前,虽然渗铬工艺不断改善,涌现了许多新方法,但是迄今为止,工业上渗铬温度仍然超过900℃[2,3]。过高的渗铬温度,直接影响了基体心部组织,同时也浪费了能源。工业界和学术界都企图在保持原有渗铬的综合性能的基础上追求低温度、短时间渗铬[4-7]。近年来,有一种渗铬工艺由于其能显著降低温度,而且在短时间内能获得较为致密的渗铬层,达到了减小工件变形、组织粗化的目的,从而受到了许多研究者的关注[8,9]。该工艺是一种先渗氮再渗铬的复合渗铬工艺,该工艺能在610℃以下获得优异性能的纳米结构渗铬层[10-13]。文献[11,12]研究了45钢在500℃下的低温盐浴渗铬工艺,在45钢上实现500℃盐浴渗铬,且渗铬层具有高硬度的优异性能。但是文献[11,12]没有深入研究复合渗铬层的微观组织。本文为了进一步探讨500℃低温盐浴渗铬的可行性和表征渗铬层微观组织结构,选取20钢为研究材料,采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)来研究复合渗铬层的微观组织结构。2试验方法将20钢制成Φ2cm×1cm的圆柱试样,所有试样同炉正火预处理后进行离子渗氮处理。盐浴渗铬在4Kw井式电阻炉中进行。盐浴以氯盐为主,加上能产生铬离子的CrCl3为主的低熔点铬盐组成。盐浴温度为500℃。保温时间为1h、5h、12h,所有试样渗铬出炉直接水冷。并将所有试样进行编码,不同标码代表的试样处理工艺如下表1。由于盐浴温度和炉膛温度不一致,故采用2个热电偶同时测量。盐浴温度采用一个耐腐蚀的K型热电偶直接测量;炉膛温度用一个K型热电偶测量,采用XMA-5001控温,测温误差为±10℃。采用MM-6卧式金相显微镜进行金相组织分析;Quanta200环境扫描电镜及其附件EDAX能谱仪进行渗层组织观察及铬浓度分布测定;西门子D5000型X射线衍射仪进行表面相结构分析,采用铜靶(Cu-Kα,λ=1.5406Aring;),U=20kV,I=5mA,扫描步长为:0.02ordm;,停留时间:1s;JEM-3010型高分辨电子显微镜及其附件牛津能谱仪进行微观结构及微区成分分析。TEM样品制备过程如下:首先平行于表面切出含有渗铬层且厚度为0.5mm的薄片,然后在砂---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---纸上单面磨至50μm左右,随后将薄片冲裁成Φ3mm的圆片,为了减少离子减薄的时间,采用GatanDimpe...