曲軸氣體滲氮后表面硬度偏低的挽救措施

□ 蘇以人

武漢職業(yè)技術學院 輕工學院 湖北荊州 434000

空壓機曲軸材料為38CrMoA1。技術要求：調質后硬度 25～30HRC，調質工藝圖見圖 1（a），滲氮后表面硬度≥68HRC，滲氮層深度0.45～0.6 mm 2段滲氮工藝圖見圖1（b）。因種種原因，生產中不時出現(xiàn)曲軸滲氮后表面硬度偏低現(xiàn)象，影響疲勞強度及耐磨性。按企業(yè)標準規(guī)定，這些曲軸只能作為次品或廢品，從而造成很大的經濟損失，為此急需尋求使次品或廢品曲軸完全達到技術要求的改進措施。

圖1 曲軸熱處理工藝曲線

1 廢品曲軸原因分析

對一批廢品曲軸進行檢查，基體金相組織良好，滲氮層深度0.46～0.49 mm，表面硬度為58～60HRC。該批曲軸滲氮層已達到技術要求，但表面硬度偏低。根據檢查結果可以認為存在以下兩種情況：①由于第2階段滲氮時溫度偏高，使形成的彌散氮化物集聚長大；②由于氨進入量控制不當，使表面氮濃度偏低而不能形成足夠的氮化物。

表面硬度主要決定于氮、鋁、鉬、鉻等元素形成細小并彌散分布的氮化物，氮化物數量越多、越細小并彌散分布則表面硬度就越高。氣體滲氮方法有等溫滲氮，2段滲氮，3段滲氮。無論哪種工藝原因造成的表面硬度偏低，均可根據3段滲氮原理，將這些曲軸視為已進行2段滲氮后的產品，再進行一次第3階段滲氮，使表面氮化物數量增多，且細小彌散分布以提高表面硬度。

2 挽救工藝制定

為了提高該批曲軸表面硬度，決定進行一次重復滲氮，下面對該工藝參數進行分析。

（1）滲氮溫度不能過高，否則氮原子擴散速度較快，滲氮層深度超過技術要求，同時氮化物易發(fā)生集聚長大，使表面吸氮不足，氮化物形成速度太低，不能形成足夠數量的氮化物，從而達不到提高表面硬度的目的。根據理論表明：在一定滲氮溫度下隨時間延長硬度會出現(xiàn)極值，但500℃或低于500℃滲氮時硬度不會明顯下降，因此，選用500℃作為重復滲氮溫度。

（2）滲氮時間，根據文獻介紹，500℃滲氮時，20h之內隨時間增加氮化物析出量增多，硬度上升最高可達1180HV左右。因此，在該溫度下滲氮應選用較長時間。但如果時間太長，又可能出現(xiàn)氮化層深度超過技術要求。據文獻介紹，38CrMoA1在500～520℃滲氮時可按10 h滲層深度0.1 mm估算，由于隨滲氮時間增加，滲速要下降，因而選用15h作為重復滲氮時間。

（3）氨分解率，一般認為氨分解率15%～40%時，活性氮原子多，工件表面吸氮速度最快，因此選用18%～25%為重復滲氮分解率。

（4）階段升溫，為防止曲軸重復滲氮時變形，選用350℃×1h保溫后緩慢升溫，以減少工件內外溫差。

綜合上述分析結果，制定重復滲氮工藝如圖2所示。

圖2 重復滲氮工藝

3 結論

按圖2重復滲氮工藝將該批曲軸處理后，表面硬度為69～71HRC，滲氮層深度為0.54～0.57 mm，脆性2～3級，金相組織符合要求。重復滲氮前，為防止工件表面有氧化膜或銹斑等，應用金相砂紙輕輕打磨，再用汽油或酒精認真清洗，否則會影響重復滲氮結果。該工藝經實踐檢驗，效果良好。