李學(xué)強(qiáng) 張少鵬

(韶關(guān)市第二技師學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512031)

1 引言

韶關(guān)市第二技師學(xué)院的熱處理中心在對(duì)外企業(yè)加工過(guò)程中，常用的離子滲氮材料有40Cr、45、38CrMoA1 等，零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度等。在淺層氮化生產(chǎn)中，40Cr、45 常出現(xiàn)硬度不足的問(wèn)題，為了解決生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，本文通過(guò)對(duì)常用滲氮材料調(diào)質(zhì)后不同基體硬度進(jìn)行滲氮處理，研究不同基體硬度對(duì)氮化硬度的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備

(1)實(shí)驗(yàn)材料:40Cr，38CrMoAl，45，試樣尺寸:Φ25 ×30mm，精磨后表面粗糙度Ra3.2，各取30 個(gè)。

(2)試樣的加工。試樣按照與滲氮零件相同的方式進(jìn)行以下工序加工:下料一粗車一調(diào)質(zhì)一精車一精磨。通過(guò)調(diào)節(jié)回火溫度以得到不同的基體硬度。

具體調(diào)質(zhì)工藝及調(diào)質(zhì)后的基體硬度見(jiàn)表1，表2。

表1 淬火工藝

表2 回火工藝

(3)試驗(yàn)設(shè)備:LDMC 一30F 鐘罩式離子滲氮爐，工作室尺寸600X800 mm，數(shù)顯HV－50 維氏硬度計(jì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

離子滲氮滲速快，組織和結(jié)構(gòu)易于控制，溫度可在480～570℃范圍內(nèi)選擇，滲氮后表面硬度比氣體滲氮高，硬度梯度也比較平緩［1，2］。離子滲氮工件變形量很小，可以達(dá)到零變形。離子滲氮的表面硬度在一定滲氮溫度范圍內(nèi)存在最大值［3］，滲氮溫度越高，表面硬度越低，但滲氮速度越快。45 鋼在480～530℃溫度范圍內(nèi)滲氮，可以獲得HV5600 的表面硬度，40Cr 在480～530℃溫度范圍內(nèi)滲氮，可以獲得HV5600 的表面硬度，38CrMoAl 在在500－550℃溫度范圍內(nèi)滲氮，可以獲得HV51000 的表面硬度。

離子氮化短時(shí)間保溫，也可以獲得較高的表面硬度［4］。滲氮時(shí)間延長(zhǎng)，滲層加深，表面硬度提高，硬度梯度也趨于平緩。結(jié)合院熱處理中心加工的生產(chǎn)實(shí)際，制定以下工藝:

(1)淺層氮化:溫度:520℃;保溫時(shí)間:20 小時(shí)。

(2)深層氮化:溫度:520℃;保溫時(shí)間:40 小時(shí)。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及討論

(1)基體硬度對(duì)滲氮層表面硬度的影響見(jiàn)表3。

從表3 上可以看出:隨著40Cr、45、38CrMoALA 鋼調(diào)質(zhì)后基體硬度的提高，滲氮硬度提高，其中，對(duì)于淺層氮化，調(diào)質(zhì)后的基體硬度對(duì)滲氮硬度影響顯著;而對(duì)于深層氮化，調(diào)質(zhì)后的基體硬度對(duì)滲氮硬度影響較小。

(2)比較金相圖譜圖1 和圖2 可以得出:隨著回火溫度的提高，一方面會(huì)減少合金氮化物的形成數(shù)量，從而導(dǎo)致滲氮硬度的下降，另一方面材料基體中合金碳化物逐漸聚集長(zhǎng)大，減小了碳化物的彌散度，從而降低了滲氮時(shí)對(duì)氮滲入的阻力，滲氮速度加快，滲氮層深度加深。

(3)比較金相圖譜圖1 和圖3 可以得出:滲氮時(shí)間延長(zhǎng)，滲層加深，氮化物的彌散度也越高，表面硬度提高，硬度梯度也趨于平緩。

表3 基體硬度對(duì)滲氮層表面硬度的影響

圖1 38CrMoAl 淺層氮化 基體硬度:240～260HBWX400 倍

3 結(jié)論

3.1 對(duì)于淺層氮化，40Cr、45、38CrMoAl 材料調(diào)質(zhì)后的基體硬度對(duì)滲氮層硬度影響顯著。提高其基體硬度，滲氮層硬度明顯提高。

3.2 對(duì)于淺層氮化，將45、40Cr 材料的基體硬度提高至HB260～300、38CrMoAl 基體硬度提高至HB240～280，可有效解決滲氮零件表面硬度不足問(wèn)題。

3.3 對(duì)于深層氮化，40Cr、45、38CrMoAl 材料調(diào)質(zhì)后的基體硬度對(duì)滲氮層硬度影響較小。40Cr、45 材料的滲氮層表面硬度大于650HV5，38CrMoAl 材料滲氮層表面硬度可達(dá)1100HV5。

3.4 延長(zhǎng)滲氮時(shí)間，滲層加深，表面硬度提高，硬度梯度也趨于平緩。

［1］胡麗娟等.鋼鐵化學(xué)熱處理原理［M］.上海:上海交通大學(xué)出版社，1996

［2］安正昆.鋼鐵熱處理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1985

［3］中國(guó)機(jī)械工業(yè)學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)《熱處理手冊(cè)》編委會(huì)，熱處理手冊(cè)第2 卷

［4］機(jī)械工業(yè)部機(jī)床研究所，離子氮化指導(dǎo)材料，北京機(jī)械工業(yè)出版社1989