热加工工艺技术与装备Q235钢表面低温气体N,C,O多元共渗的研究*北京石油化工学院机械工程学院(102617) 陈飞 周海 姚斌 曹伟
【摘要】利用自行研制的一种新型智能化低温气体多元共渗技术，在碳素结构钢Q235表面进
行低温气体C,N,O多元共渗。经N,C,O多元共渗的Q235钢表面形成均匀渗层，渗层由钝化层、白亮层和过渡层组成，厚度约为100 m。Q235钢表面显微硬度显著提高，达到HV685。利
好朋友的英文用SEM对共渗层进行了成分分析，最外层钝化层中氧含量显著高于基体；渗层中白亮层氮元
cropcircle素的含量明显提高，在试样表面形成氮化物，从而大大提高了Q235钢的表面硬度；过渡层中
碳元素的含量最高。
关键词 Q235钢 气体多元共渗 显微硬度 成分分析
Study On the Surface of Q235Steel
by Low Temperature Gas N-C-O Multi-elements Penetrating
Abstract T his paper studies t he pro per ties of Q235steel by t he low t emper ature g as N,C,O multi
elements penet rating w hich is a new developed technique.A fter low temper ature gas N,C,O multielements penet rating,the mo dified lay er's thickness can be100 m including t he passiv atio n layer,the
br ig ht la yer and the tr ansitio n lay er.T he micr ohar dness ca n match HV685.By SEM,the pha micro st ructure and t he components o f the m odified layer w er e analy zed.T he result s sho w that the r ela tiv e
co nt ent of element O in the passiv atio n layer is mor e than t ha t o f in t he substr ate.T he relativ e co nt ent o f element N in the mo dified layer is incr ead obv iously,w hich enhanced the har dness of the g r ay cast iro n surfa ce.T he r elat ive co ntent o f elem ent C in t he t ransition layer is the hig hest.
Keywords Q235steel,g as m ulti-elements penetrat ing,micr ohar dness,component analysis
中图分类号:T G156 文献标识码:A
智能化低温气体多元共渗技术利用自行研制的一种转化装置，实现了多种元素以气体方式进入炉体，从根本上解决了气氛中沉淀物的产生对传感器污染及堵塞管道等问题，对气体实现智能化控制，
可以使渗层含多种元素并探索出渗层形成机理及组织性能间关系，可根据零件不同性能要求，设计出渗入元素的种类及数量、渗层的厚度及工艺参数，从而控制渗层的性能，并研制出一种催化剂，大大加快了渗层形成的速度，缩短了工期，提高了生产效率。
低温气体多元共渗不仅可以缩短生产周期，而且还能提高零件力学性能，包括抗扭强度、抗弯强度、耐磨性、疲劳强度等。由于显微硬度被广泛地用于表征渗层质量，并成为优化渗层工艺参数的主要指标。因此，本文以Q235碳素结构钢为例，讨论低温气体多元共渗后硬度的变化并对共渗层中渗入元素的含量分布进行了分析。
1 试验材料和工艺
试验材料选用Q235碳素结构钢，经线切割成20mm×20mm×5mm的试样。打磨抛光后至R a =0.065 m后放入炉中。采用三段渗工艺，先升温到650℃，保温3h，然后降温至560℃，保温1.5h，接着降温至540℃，保温0.3h(钝化)，最后出炉油
图1 低温气体多元共渗工艺曲线冷。工艺曲线
技术交流英文见图1。中英翻译器
2 多元共
赛普健身
渗试验结果
及分析
2.1 多元共
渗层的显微
组织
Q235
钢气体多元共渗后表面形成均匀的共渗
图2 改性层显微组织SEM
层，其组织
形貌SEM
照片如图2
所示。可知
共渗层由外
farmer向内为钝化
层、白亮层
和过渡层组
成，总厚度
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《新技术新工艺》・热加工工艺技术与装备 2005年 第4期
约为100 m 。第1层是钝化层约30 m ，表面有一些黑色小点即疏松孔，第2层是白亮层，该层硬度较高，约为50 m 。图中压痕为显微硬度仪测量结果，从图中还可明显地看出在白亮层和基体之间存在着过渡层，约为20 m 。这使得硬度从白亮层到基体的变化比较平滑，硬度测量验证了这一点。2.2
多元共渗层显微硬度
图3 共渗层显微硬度分布曲线
共渗层横截面距表面不同距离的显微硬度分布曲线如图3。Q 235钢多元共渗后在距离表面50 m 的位
置硬度最高可达HV 685，是基体显微硬度HV200的近3.5倍。硬度曲线表明，白亮层的硬度最高。而且由于存在过渡层，可以看到从白亮层到基体硬度值变化比较平缓。2.3 多元共渗层成分分析2.3.1 氧元素的相对含量
图4 试样表面O 元素的分布
图4是Q235钢多元共渗后O 元素的分布相对含量曲线。从中可知大量的O 元素集中分布在试样的表面
的钝化层即距表面0～30 m 范围内，明显高于基体中的O 元素的含量(白色点状物)。
钝化层优良的图5 表面N 元素的分布
防腐性能就取决于表面形成的氧化物。2.3.2 氮元素相对含量
图5是Q235钢多元共渗后N 元
素的分布相对含量曲线。试样表面共渗层部分N 元
素的含量要高于基体，分布十分集中。从N 元素相对含量曲线也可知，在试样共渗层中的白亮层中即距表面30～50 m 范围内,N 的含量大幅度提高，相对含量值在30～40之间，而基体部分的相对含量只在10左右，也就说明大量的氮化物存在于白亮层中，从而大大提高了Q 235钢的表面硬度。2.3.3 碳元素的含量
图6是Q 235钢多元共渗后C 元素的分布相对含量曲线。C 元素在共渗层中的分布是不均匀的，在试样钝化层含有少量的C 元素，在白亮层中，基本上没有C 元素，而在过渡层中,C 元素含量明显提高，形成了一条白色的宽带。从C初三数学总复习
元素相对含量曲图6 表面C 元素的分布
inpro
线中也可以得出相同的结论。
4 结语
motto 1)低温气体多元共渗处理后Q 235钢表面形成厚度约为100 m 的共渗层。共渗层由钝化
层和白亮层组成。
2)低温气体多元共渗处理后Q235钢表面显微硬度显著提高，达到HV 685，是基体的显微硬度值的近3.5倍。
3)低温气体多元共渗后,O 元素集中分布在试样共渗层的钝化层中,N 元素集中分布在白亮层中,C 元素集中分布在过渡层中。
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*北京市教委科技发展计划资助基金项目(01K J -071)
责任编辑 吕德龙
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