新的不銹鋼表面硬化工藝，可在低溫下進(jìn)行碳氮共滲

圖片來自：Alexander Varhoshkov

    在那些耐腐蝕性十分重要的行業(yè)里，不銹鋼往往是其首選材料，例如那些暴露于惡劣環(huán)境中的零部件。然而，這種非常有利的性能并不總是伴隨著高表面硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。

    大多數(shù)的熱處理方法很難應(yīng)用于不銹鋼以改善其性能。特別是，在500至1000℃的常規(guī)溫度范圍內(nèi)，通過氮化和氮碳共滲使不銹鋼表面硬化的方法往往對(duì)其耐腐蝕性能是非常有害的。現(xiàn)在，一種新的解決方案就是開發(fā)出不銹鋼低溫表面硬化工藝。

    歐盟資助的PLASSTEEL項(xiàng)目就開發(fā)出了一種先進(jìn)的不銹鋼低溫表面硬化工藝，可以準(zhǔn)確獲得材料的各種性能。新的熱處理工藝可應(yīng)用于所有鐵素體，馬氏體，奧氏體和雙相不銹鋼，賦予材料十分優(yōu)異的耐磨性，耐疲勞性和耐腐蝕性。

    在低溫下增加材料硬度

    基于40多年的經(jīng)驗(yàn)，IONITECH LTD開發(fā)了一種等離子氮化/氮碳共滲爐，在整個(gè)工作區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了優(yōu)異的溫度均勻性。國際領(lǐng)先的研發(fā)專家Alexander Varhoshkov說道，“新型等離子氮化爐消除了‘空心陰極’效應(yīng)出現(xiàn)的可能性。其局部過熱可能導(dǎo)致溫度超過PLASSTEEL工藝所需的溫度，從而導(dǎo)致在不銹鋼晶粒邊界上沉淀出碳化鉻和氮化鉻。這些區(qū)域?qū)⒕哂休^高的表面硬度，但也容易發(fā)生晶間腐蝕”。

    PLASSTEEL工藝基于等離子技術(shù)，由氮化和氮碳共滲工藝組成，工作溫度低于500°C，可以使工件表面富集氮和碳。氮碳共滲中添加的含碳?xì)怏w可以是甲烷，丙烷或天然氣，其含量在混合氣體中從2％到10％不等。處理時(shí)長可以持續(xù)幾分鐘到20小時(shí)，主要取決于工件材料對(duì)硬化層深度的要求。

    在整個(gè)項(xiàng)目中，研究者加工并測試了幾種不同牌號(hào)的不銹鋼。由于這些鋼中合金元素的百分比以及其他性能的不同，測試結(jié)果略有不同。Varhoshkov博士說“一些合金元素的存在使得碳原子擴(kuò)散越來越慢，從而導(dǎo)致擴(kuò)散層和表面硬度的差異很小，但無論如何，目標(biāo)都是要提高各種不銹鋼的耐磨性能，同時(shí)也要保持其耐腐蝕性能”。

    像鋼鐵一樣真實(shí)

    大多數(shù)表面硬化技術(shù)都會(huì)降低不銹鋼的原始耐腐蝕性能。IONITECH開發(fā)出的先進(jìn)新工藝和等離子氮化爐表明，這已不再是問題。“這種優(yōu)秀的等離子氮化爐能夠成功地避免這一缺陷，可以精確控制材料性能”，Varhoshkov博士繼續(xù)說道。

    低溫工藝提供了將氮或碳溶解到不銹鋼中而不形成氮化鉻或碳化物的新舉措。項(xiàng)目合作伙伴成功地將零件表面硬度提高了4倍，而且還提高了抗磨料磨損性能以及金屬的摩擦學(xué)性能。

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