高氮奧(ào)氏體鋼用廉價的氮代替貴金屬鎳來(lái)穩定鋼中奧氏體,能(néng)夠在不損害塑性(xìng)和韌性的情況下,顯著提高鋼的強度,因而在許多領域都獲得了(le)十分廣闊的發展和應用前景。高(gāo)氮鋼現有的製備方法(fǎ)主要是熔煉(liàn)法和粉末冶金法。由於高壓冶煉高氮鋼製備技(jì)術存在能(néng)耗高(gāo)、設備複雜(zá)等不足,而粉末冶金生產高氮鋼的優勢在(zài)於能夠細化晶粒,可以通過非平衡方法獲得過飽和的含氮固溶體和細小沉澱相(xiàng),能較為容易地獲得(dé)更高的氮含量,並可實現近終成(chéng)形,另外它工(gōng)藝靈(líng)活、資金(jīn)投入低,因此成為當前高氮鋼製備中最有潛力的研究方向之一。
我國濰坊學院(yuàn)采用(yòng)機械(xiè)合金(jīn)化、滲氮以及粉末冶金壓製-燒結工(gōng)藝製備了 0Cr18Mn12Mo3N 高氮奧(ào)氏(shì)體鋼。結(jié)果表(biǎo)明,用機(jī)械合金化和滲氮相結合工(gōng)藝獲得的(de)近球形高氮鋼(gāng)粉末,具有良好的壓縮性和成形性,在 650 MPa 壓製力下壓坯的相對密度高達 76.2%。在1250℃燒結溫度下燒結2 h可(kě)使粉末致密化過程完成,獲得相(xiàng)對密度為 97.2%,氮含量高達0.80wt%的(de)燒結(jié)體,燒(shāo)結體經 1150℃×1.5 h 固溶處理水淬冷卻後獲得全部奧氏體組織(zhī),且奧氏體晶粒(lì)細小,其屈服強度和抗拉(lā)強度分別達到 598 MPa 和 882 MPa,顯著優於傳(chuán)統粉末冶金高氮奧氏體鋼。
他們采用(yòng)的工藝路線如下:首(shǒu)先(xiān)將適量(liàng) Cr-Fe 粉、Mo 粉和 Mn 粉混合,進行 2 h 球磨,目(mù)的(de)是細化(huà)粉末顆粒,使得在隨後(hòu)滲氮時氮在粉末中的擴散距離(lí)得以縮短,並增加(jiā)氮的(de)固溶度。檢測表明:絕大(dà)部分顆粒尺寸降至 20~40μm 之間,同時原始粉末中許(xǔ)多細(xì)小顆粒在(zài)球磨後(hòu)消失,說明球磨使得錳、鉬等元素固溶進了 Fe-Cr 中,實現了部(bù)分合(hé)金化。然後將上述粉末在(zài) 1000℃下流動氮氣中滲氮 1 h,獲得(dé)氮含量很高的 Cr-Mo-Mn-Fe-N 複合粉末。檢測表明,所獲粉末的氮含量很(hěn)高,這是因為粉末滲氮後形成了大量的氮化物,這些硬脆氮化(huà)物的(de)存在使得粉末具有很大脆性,容易破碎成很多細小顆粒。隨後將此高氮複合粉末添加純 Fe 粉配置到合金名義成分,並繼續球磨3 h,在此(cǐ)過程中較軟的Fe 粉會比較均勻地(dì)包覆在較硬的 Cr-Mo-Mn-Fe-N 粉末表麵,形成近球形(xíng)的包覆粉末,這種(zhǒng)粉末具有良(liáng)好的流動性和塑性,有利於壓製成形。檢測表明,在此球磨過程中,硬脆的氮化物顆粒發生細(xì)化破碎(suì),而延性好(hǎo)的鐵粉顆粒在機械力作用下發生變形(xíng)、加工硬化、斷裂,最(zuì)後比(bǐ)較均勻地(dì)冷焊在較硬的氮化物顆粒(lì)的表麵,形成較細的多層(céng)狀近球形的(de)複合包覆粉末。上述試驗在振動型(xíng)高能球磨機上(shàng)進行,球磨前抽真空充氮氣保護以防氧化;在球磨粉(fěn)末中加入 1% 的硬脂酸鋅潤滑劑。球磨結束後在一(yī)定(dìng)壓力下冷壓,然(rán)後在流動氮氣下燒結致(zhì)密化(huà),最後對燒結試樣進行 1150℃×1.5 h 固溶處理(lǐ)後水淬冷卻(què)。試驗表明,最佳燒結工藝條件為流動氮氣下1250 ℃燒結2 h,燒結方式以液相燒結(jié)為主,燒(shāo)結體相對密度(dù)達(dá)97.2%,組織(zhī)由單一的奧氏體晶粒組成,沒有脆性氮化物析出,氮含(hán)量高達(dá)0.80wt%。
