铁表面亚微米结构的低温气体渗碳特性

论文摘要

为了增加工件表层的含碳量并获得一定的碳浓度梯度,将工件放在渗碳介质中加热保温,使碳原子渗入表层的化学热处理工艺,称为渗碳（Carburizing, Carburization）。渗碳是目前机械制造业中应用最为广泛的化学热处理工艺。几乎所有的渗碳方法所需的温度都在900-950℃,甚至更高。本文发现通过氧化—还原预处理可以在铁表面获取亚微米结构体,在低于900℃的温度、相同碳势的条件下对具有亚微米结构体和没有亚微米结构体的纯铁进行渗碳,利用OM、SEM、XRD、EDX、显微硬度计等对渗碳层进行了观察、对比、分析、研究。本研究的主要结果有:1.纯铁试样通过450℃氧化,680℃还原处理,表面形成一种500nm尺度的准有序蜂窝状结构或无序态亚微米结构体,当还原温度上升到720℃,该结构体演变为0.5-2μm尺度的准有序山丘突起体,每个山丘突起体呈现明显的分层结构,层片厚度在100nm以下。将这种结构统称为亚微米结构。2.同一碳势下对预处理后具有亚微米结构的纯铁试样进行渗碳处理,结果表明,预处理试样渗碳层大于普通试样,表面硬度明显高于普通试样。3.氧化还原处理形成的亚微米结构体有利于渗碳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究现状及其意义
• 1.2 研究内容及方法
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 研究方法
• 1.3 实验
• 1.3.1 试样制备
• 1.3.2 试样观察
• 1.4 理论分析
• 1.5 主要仪器设备
• 1.6 本文创新之处
• 第二章 铁表面亚微米结构体的获取
• 2.1 保护气氛烧结炉的改装
• 2.1.1 现有设备存在的问题
• 2.1.2 改装方案
• 2.2 铁基表面脱碳
• 2.3 氧化实验
• 2.3.1 氧化实验
• 2.3.2 试样的观察分析
• 2.4 还原实验及试样分析
• 2.5 结果与讨论
• 第三章 渗碳
• 3.1 渗碳原理
• 3.1.1 渗碳温度
• 3.1.2 渗碳保温时间
• 3.1.3 工件表面清理
• 3.2 气体渗碳
• 3.2.1 常用渗碳设备
• 3.2.2 渗碳剂及选用原则
• 3.2.3 渗碳工艺
• 3.3 液体渗碳、固体渗碳及其其他渗碳方法
• 3.3.1 液体渗碳
• 3.3.2 固体渗碳
• 3.4 渗碳实验
• 3.4.1 渗碳过程
• 3.4.2 渗碳层的显微硬度特性
• 3.4.3 渗碳试样的OM 分析
• 3.4.4 渗碳试样的SEM 分析
• 第四章 渗碳机制及分析
• 4.1 扩散定律
• 4.1.1 菲克第一定律
• 4.1.2 菲克第二定律
• 4.1.3 扩散方程在渗碳中的应用实例
• 4.2 扩散机制
• 4.2.1 间隙扩散
• 4.2.2 扩散系数公式
• 4.2.3 晶体结构
• 4.2.4 短路扩散
• 4.3 理论扩散曲线与实际扩散曲线的对比分析
• 4.4 渗碳剂碳浓度估算
• 第五章 结论和需要进一步探讨的问题
• 5.1 结论
• 5.2 有待继续探讨的问题
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢