2Cr13不銹鋼表面固相滲碳后的組織與性能

2Cr13不銹鋼具有高強度、高耐蝕性和抗氧化性好等優點，被廣泛用作承受高負荷零件，如汽輪機葉片、熱油泵軸和軸套及葉輪水壓機閥片等。但其使用過程中時常出現硬度不夠、嚴重磨損等問題，又制約了其進一步的應用。零件的實際使用壽命主要取決于其耐磨性，表面強化是提高性能最直接有效的方法，與其他強化技術相比，滲碳處理可以顯著提高材料的表面硬度與耐磨性，常用工藝包括離子滲碳法、氣體滲碳法和鹽浴法等。

但是，離子滲碳存在滲碳不均勻的問題，鹽浴法還不成熟，氣體滲碳方法比較復雜，且均存在對設備要求高、工藝復雜、成本較高等問題。傳統的固相滲碳法工藝簡單，適合小型零部件滲碳，但滲碳速度慢，為此常采用加入碳酸鹽催滲劑的方法來提高滲碳速度，但又容易在表面產生阻擋層，對滲碳速度有不利影響，且滲層質量不易控制。為此，研究人員采用一種新穎的固相滲碳方法進行滲碳：將2Cr13不銹鋼和灰口鑄鐵包在一起，在一定溫度下使灰口鑄鐵中的片狀石墨擴散至2Cr13不銹鋼中，與分散均勻的Cr原子進行原位反應，在不銹鋼表面生成復合滲碳層；C原子體積小，在基體中可以以間隙機制擴散，擴散速度快，Cr原子在基體中不易擴散，且Cr原子與C原子親和力很強，灰口鑄鐵中的C原子在高溫下快速擴散到基體中Cr原子的位置，與Cr原子以及基體中的Fe原子反應生成碳化物；利用XRD、SEM、微觀硬度計、ML-100干式銷盤兩體磨料磨損試驗機及電化學方法對滲碳層的物相組成、微觀組織、顯微硬度和耐磨、耐蝕性能進行了研究。 

將2Cr13不銹鋼和HT300表面打磨平整，并用丙酮與酒精清洗。將兩者對齊緊密接觸在一起，HT300在上方，用耐火紙包好壓實，放入石墨坩堝中固定，置于1400X管式爐中，以5mL/min的流量通入氬氣保護，以7℃/min的加熱速率升溫至1120℃，保溫10h，隨后降溫至850℃，保溫1h，水冷。 

物相分析在XRD-7000X射線衍射儀上進行。組織觀察在JSM-6700F型掃描電鏡上進行。顯微硬度測試在TUKON2100型顯微硬度計上進行。采用經典的三電極法以CS350電化學工作站進行電化學測試。試驗結果表明： 

（1）以1120℃保溫10h，850℃保溫1h，可利用灰口鑄鐵中的片狀石墨對2Cr13不銹鋼進行固相滲碳，生成由（Fe，Cr)7C3顆粒增強的復合滲碳層，晶內碳化物呈島狀彌散分布，晶界碳化物斷續分布。 

（2）滲碳層顯微硬度最高值出現在2Cr13不銹鋼表面，達到1082HV1N，并隨著距表面距離的增加而逐漸降低。 

（3）滲碳層的耐磨性約為2Cr13基材的5倍，但其耐蝕性有所下降。