Влияние температуры азотирования на свойства аустенитной нержавеющей стали

Нержавеющая сталь имеет такие характеристики, как красивый внешний вид поверхности, хорошая коррозионная стойкость, высокая пластичность, легкость пластической обработки и хорошая сварочная способность. Она широко применяется в таких отраслях промышленности, как нефтяная, химическая, пищевая, медицинская и текстильно-механическая. Однако из-за низкой твердости и слабой износостойкости ее применение ограничено во многих случаях. Особенно при условиях, когда одновременно присутствуют такие факторы, как коррозия, износ и высокие нагрузки, срок службы деталей из нержавеющей стали значительно сокращается. Усиление поверхностной прочности нержавеющей стали путем ионного азотирования и улучшение ее износостойкости для продления срока службы - это эффективный метод. 

Аустенитная нержавеющая сталь не может быть упрочнена путем фазового превращения. Более того, при обычном ионном азотировании из-за высокой температуры азотирования (выше 500℃) в азотированном слое образуются нитриды Cr, что приводит к дефициту хрома в основном материале. В то же время твердость поверхности значительно повышается, а коррозионная стойкость поверхности резко ухудшается, теряя характеристики нержавеющей стали. Используя установку для импульсного ионного азотирования постоянного тока, проводится низкотемпературная ионная азотирование аустенитной нержавеющей стали. При этом коррозионная стойкость остается по существу неизменной, а твердость поверхности повышается, тем самым улучшая ее износостойкость. Это сравнивается с образцами, обработанными ионным азотированием при обычной температуре азотирования. 

Эксперимент был проведен в 30кВт прямоточном импульсном ионно-нитрировочном печи. Параметры прямоточного импульсного источника питания были следующими: напряжение регулируется от 0 до 1000В, скважность регулируется от 15% до 85%, а частота - 1кГц. Система измерения температуры измерялась инфракрасным термометром IT-8. Материал образца был аустенитной нержавеющей сталью 18Cr-12Ni-2.5Mo, ее химический состав (массовая доля, %) был следующим: 0.06C, 19.23Cr, 11.26Ni, 2.67Mo, 1.86Mn, а остальное - Fe; размер образца был Φ24мм × 10мм. Перед экспериментом образец был шлифован водным абразивным бумагой для удаления жирных пятен, очищен спиртом, высушен и помещен в центр катодного диска, при этом вакуумирование до уровня ниже 50Па. 

Ионная нитрирование аустенитной нержавеющей стали проводилась как при низкой температуре, так и при обычной температуре нитрирования. Микротвердость нитрированного слоя в обоих случаях достигла более 1150HV0.05. Нитрированный слой, полученный при низкотемпературной ионной нитрировании, был тоньше и имел более большой градиент твердости. После низкотемпературной ионной нитрирования износостойкость аустенитной нержавеющей стали увеличилась в 4 - 5 раз, в то время как коррозионная стойкость осталась в основном неизменной. При обычной температуре нитрирования, хотя и износостойкость также увеличилась в 4 - 5 раз при ионной нитрировании, из - за выпадения нитридов хрома на поверхности аустенитной нержавеющей стали ее коррозионная стойкость значительно снизилась.