董 琛 李炳坤 鄭 剛

（1.侯馬市一號信箱38分箱 侯馬 043003）（2.山西平陽重工機械有限責任公司 侯馬 043003）

1 引言

不銹鋼作為一種耐腐蝕性材料，在水中行業(yè)得到大量應用，如果強度及耐磨性不符合產(chǎn)品要求，將影響其在水中兵器發(fā)動機關鍵部位上的使用［1］。對不銹鋼材料進行滲碳處理，可大幅度提高其強度及耐磨性等性能［2～4］。不銹鋼滲碳與低合金碳鋼滲碳不同，一方面，不銹鋼表面有一層鈍化膜，如果鈍化膜不去除或去除不完全，容易出現(xiàn)無法滲碳或者滲層不均勻的現(xiàn)象［5～6］；另一方面，不銹鋼的滲碳溫度比低碳鋼及低合金鋼的滲碳溫度高，一般低碳鋼和低合金鋼的滲碳溫度為880℃～930℃，不銹鋼的滲碳溫度達到980℃～1080℃，而傳統(tǒng)的滲碳爐的最高使用溫度只有950℃，無法滿足不銹鋼滲碳的要求［7～8］。真空滲碳既可以用真空方法去除不銹鋼鈍化膜，又可適應更高溫度滲碳的要求，還可避免滲碳過程中產(chǎn)生的內氧化等缺陷，具有工件表面光亮、生產(chǎn)效率高、成本低、可進行盲孔或小孔滲碳等有優(yōu)點［9～12］。因此，采用真空滲碳是不銹鋼滲碳的最佳方案。1Cr17不銹鋼是鐵素體型不銹鋼，1Cr17Ni2不銹鋼是馬氏體型不銹鋼，用這兩型不銹鋼制作的零件，為了適應在較高溫度下使用并具有良好的耐磨性，提出了不銹鋼滲碳的要求。本研究采用德國進口的易普森低壓真空滲碳爐對這兩型不銹鋼進行真空滲碳，探討了不銹鋼由于鈍化膜而不易滲碳和滲碳溫度過高的問題。

2 試驗材料和方法

2.1 材料和設備

試驗用1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣各兩件，試樣規(guī)格8×8×50mm，主要化學成分見表1，符合材料標準要求。1Cr17不銹鋼試樣為退火狀態(tài)，1Cr17Ni2不銹鋼試樣為調質狀態(tài)，硬度為HRC28-32。試驗設備為德國易普森VUTK-224單室低壓真空滲碳爐，加熱室的極限真空度為1×10-1Pa。

采用MH-6型顯微硬度計（載荷1kg）測量滲層硬度梯度，采用NZOPOT30金相顯微鏡測量滲層深度及觀察顯微組織，洛氏硬度計測量心部硬度。

表1 1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼的化學成分

2.2 真空滲碳工藝

真空滲碳工藝采用低壓滲碳-真空擴散的脈沖方式進行，滲碳劑為乙炔氣體。工藝曲線見圖1。滲碳溫度為1070℃，在低壓滲碳階段通入乙炔氣體。在700Pa～800Pa壓力下真空爐中的試樣表面形成較高碳勢，保持一段時間之后，將加熱室抽至高真空度，進入碳原子試樣內部的擴散階段，完成一次脈沖過程。如此循環(huán)，并且逐漸延長每個脈沖過程真空擴散階段的時間，至最終完成滲碳。

圖1 低壓滲碳-真空擴散工藝曲線

2.3 實驗方案

1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼兩個試樣一同放入真空滲碳爐滲碳，1070℃滲碳，時間為8小時，保溫結束后隨爐冷卻至850℃，此時用氮氣冷卻，氣體壓力為1bar。滲碳后在普通箱式爐300℃回火1小時。

3 實驗結果及分析

3.1 兩型不銹鋼真空滲碳后的硬度

1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼真空滲碳后的表面硬度和心部硬度測試結果見表2。

從表2可以看出，1Cr17鐵素體不銹鋼試樣滲碳淬火后表層硬度為HRC52-53，心部硬度為HRC16-17；1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼試樣滲碳淬火后表層硬度為HRC62-63，心部硬度為HRC51-52。

表2 1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣真空滲碳淬火回火后表面硬度和心部硬度

3.2 滲層深度

采用金相法對試樣滲層深度進行測量，結果見圖2。

采用金相法按照過共析區(qū)+共析區(qū)+1/2過渡區(qū)的標準測量，1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼材料試樣滲碳后滲層分別為0.58mm、1.0mm。

圖2 滲層深度采用金相法測試結果×100

3.3 顯微組織

圖3為1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲碳淬火、回火后滲碳層及心部顯微組織。

1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲層的晶粒均較大，1Cr17Ni2不銹鋼試樣較1Cr17不銹鋼試樣晶粒大；金相組織均為馬氏體+細網(wǎng)狀連續(xù)分布的碳化物組織，按照HB5022-77碳化物組織評定，碳化物級別據(jù)達到8級。從這型不銹鋼材料的滲層金相組織分析，試驗采用的滲碳溫度過高，滲層的晶粒度大、碳化物級別偏高。

從這兩型不銹鋼材料的心部金相組織分析，1Cr17不銹鋼試樣的心部組織為鐵素體組織（軟相），1Cr17Ni2不銹鋼試樣的心部組織為較粗大的回火馬氏體組織（硬相）。這兩型不銹鋼材料的心部金相組織特性與表2檢測的硬度值基本相符。

圖3 滲碳淬火、回火后滲層及心部的顯微組織×400

3.4 滲碳層的硬度梯度

圖4為1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲碳淬火、回火后滲碳層的顯微硬度梯度。1Cr17不銹鋼試樣碳層顯微硬度梯度陡降，1Cr17Ni2不銹鋼試樣碳層顯微硬度梯度緩和。

圖4 1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲碳淬火、回火后滲碳層顯微硬度梯度

4 結語

1）采用低壓真空滲碳-真空擴散的脈沖滲碳工藝對1Cr17，1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣進行了滲碳淬火試驗，滲碳后均得到了相應的滲層深度。

2）滲碳淬火后1Cr17不銹鋼試樣表面硬度為HRC51-52，顯微硬度梯度陡降；1Cr17Ni2不銹鋼試樣表面硬度為HRC61-62，顯微硬度梯度緩和。