含碳量不同的钢材在渗氮处理后的性能有哪些差异？

寂静回声

问


答

渗氮钢是指那些经过渗氮处理后，能够在表面形成一层具有高硬度和良好耐磨性的氮化物层，同时保持心部材料原有的强度和韧性的钢材。
因为渗氮时是氮原子与钢中的合金元素（如铬、铝等）反应，形成硬而耐磨的氮化物层。所以不是依赖于碳化物的形成，自然用于渗氮的钢种就可以是多种多样的。

理想的渗氮钢材是含有一定量的合金元素（如铬、钼、铝等），这些元素能与氮形成稳定的氮化物，增加表面硬度。

含碳量较高的钢材，在渗氮过程中容易形成较多的碳氮化合物，这会导致表面硬度非常高。但是，过高的硬度也可能带来脆性的问题。
渗氮处理的主要目的之一就是提高表面耐磨性，含碳量适中的钢材在渗氮处理后可以获得很好的耐磨性，因为它们能够在表面形成一层既硬又耐磨的氮化层。
含碳量适中的钢材通过渗氮处理可以形成一个良好的过渡区，使得表面和基体之间有良好的结合力，这对于抗疲劳性能至关重要。

片状珠光体是由两个不同的相——铁素体（α-Fe）和渗碳体（Fe₃C）——以层状形式交替排列而成的，细片状珠光体是指珠光体中的铁素体和渗碳体层片间距变得非常小，细片状珠光体通常是由于较快的冷却速度或者较低的转变温度所导致的结果。

这种细小的层片间距可以提高材料的硬度和强度，因为细小的层片间距增加了位错运动的障碍，从而提高了材料抵抗塑性变形的能力。然而，这也意味着材料可能会变得更加脆性。

细片状珠光体的一个例子是索氏体（Sorbite），它是一种在相对较高的冷却速度下形成的非常细的珠光体，其层片间距通常小于0.1微米，以至于在普通光学显微镜下难以区分单个层片，需要借助电子显微镜才能清晰观察。

当对含有细片状珠光体的碳钢进行加热至奥氏体化温度时，会发生一系列的相变过程。当碳钢被加热超过Ac1温度时，珠光体开始分解。此时，珠光体中的铁素体和渗碳体层片逐渐消失，铁素体转变为奥氏体（γ-Fe），而渗碳体中的碳原子则溶解进奥氏体中。在奥氏体化的温度范围内，随着保温时间的增长，奥氏体晶粒有长大的趋势。
在珠光体向奥氏体转变的过程中，铁素体和渗碳体的层片间距对转变速度有着显著的影响。
层片间距越小，意味着碳原子从渗碳体扩散到奥氏体中的路径就越短。由于奥氏体化的过程涉及大量的碳原子从渗碳体向奥氏体中的扩散，较短的扩散路径能够加快这一过程，从而加速奥氏体化的速度。
层片间距较小的珠光体提供了更多的铁素体/渗碳体界面面积。较大的界面面积有利于提高碳原子的扩散效率，因为有更多的区域可以作为碳原子扩散的起点。这同样促进了奥氏体化的进程。
层片间距越小，单位体积内的界面数量就越多，这为奥氏体的形核提供了更多机会。同时，由于碳原子更容易从渗碳体扩散到这些新形成的奥氏体晶粒中，因此奥氏体晶粒的生长也会更快。