奥氏体不锈钢低温气体渗碳的组织性能

　　0引言

　　奥氏体不锈钢大量应用于化工、汽车、食品工业、药品机械、电器元件、海运及海洋构件、装饰及生活用品等领域，是目前使用最为广泛的金属耐腐蚀材料。但奥氏体不锈钢存在表面强度不高的突出问题，直接表现为硬度、抗磨损性能及抗疲劳性能低，严重影响奥氏体不锈钢的使用范围，或是大幅度降低零部件的使用寿命。因此，奥氏体不锈钢的表面强化问题，成为制约这类材料应用的瓶颈[1-2]。为提高奥氏体不锈钢的表面强度及耐磨损性能，以往采用的表面强化技术以低温盐浴渗碳和离子渗碳为主，用这种方法处理过的奥氏体不锈钢虽然表面强度得到显著增强，但是却在一定程度上降低了材料的耐蚀性能[3]。为了有效解决奥氏体不锈钢的表面强度与耐蚀性兼顾的问题，文中在消化、吸收国外低温渗碳技术[4-7]的基础上提出一种高效的奥氏体不锈钢低温渗碳工艺，该工艺在不降低奥氏体腐蚀情况下，能显著的提高其表面硬度。采用该工艺对304、316奥氏体不锈钢进行低温气体渗碳处理，对得到的奥氏体不锈钢试样进行组织性能和腐蚀性能的分析与研究。

　　1试验材料与方法

　　1.1试验材料

　　试验材料为AISI304，AISI316奥氏体不锈钢(简称304、316)，其化学成分见表1。试样的尺寸为20mm×20mm×5mm，试验前，对试样进行简单的去油、去污预处理，然后用酒精将工件擦拭干净。

　　1.2试验方法

　　试验在自制的保温式多功能等离子化学热处理低温渗碳炉内进行，保温式的炉体结构可进一步提高炉内工件的温度均匀性，特别适合于不锈钢的低温硬化处理。炉内放置高度为200mm的三脚架，将304、316奥氏体不锈钢试样悬挂其上面，为精确控制炉内温度将Φ3mm的铠装热电偶置于三脚架中心部分，用于测量并控制炉内的温度。不锈钢低温渗碳流程及工艺参数如图1和表2所示。

　　观察样品的显微组织和微观形貌，用HVS-1000型显微硬度计测量渗碳试样硬化层横截面的硬度分布，载荷砝码为25g，保压时间10s，CS电化学工作站分析试样的耐蚀性。

　　2试验结果与分析

　　2.1AISI304奥氏体不锈钢试样的微观形貌

　　图2为304不锈钢经24h低温渗碳处理后的微观形貌。经过500℃工艺处理的试样白亮层(光学显微镜下白亮区域)厚度为20～30μm，渗层区域组织致密，如图2(a)所示;试样渗层与基体分界线不明显，基体区域晶界粗大，如图2(b)所示。470℃工艺处理的试样白亮层厚度有15～30μm，渗层区域组织比基体致密，如图2(c)所示;试样渗层与基体分界线明显，基体区域组织致密，如图2(d)所示。由图2(b)(d)可见，500℃基体表面无疏松层，无论渗层还是基体区域，其组织要致密很多。