不同基體硬度對氮化層硬度的影響

李學強 張少鵬

(韶關市第二技師學院，廣東 韶關 512031)

1 引言

韶關市第二技師學院的熱處理中心在對外企業加工過程中，常用的離子滲氮材料有40Cr、45、38CrMoA1 等，零件經離子滲氮處理后，可顯著提高表面硬度、耐磨性及疲勞強度等。在淺層氮化生產中，40Cr、45 常出現硬度不足的問題，為了解決生產過程中出現的問題，本文通過對常用滲氮材料調質后不同基體硬度進行滲氮處理，研究不同基體硬度對氮化硬度的影響。

2 實驗

2.1 實驗材料及設備

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

(2)試樣的加工。試樣按照與滲氮零件相同的方式進行以下工序加工:下料一粗車一調質一精車一精磨。通過調節回火溫度以得到不同的基體硬度。

具體調質工藝及調質后的基體硬度見表1，表2。

表1 淬火工藝

表2 回火工藝

(3)試驗設備:LDMC 一30F 鐘罩式離子滲氮爐，工作室尺寸600X800 mm，數顯HV－50 維氏硬度計。

2.2 實驗方案

離子滲氮滲速快，組織和結構易于控制，溫度可在480～570℃范圍內選擇，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，可以達到零變形。離子滲氮的表面硬度在一定滲氮溫度范圍內存在最大值［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℃溫度范圍內滲氮，可以獲得HV5600 的表面硬度，40Cr 在480～530℃溫度范圍內滲氮，可以獲得HV5600 的表面硬度，38CrMoAl 在在500－550℃溫度范圍內滲氮，可以獲得HV51000 的表面硬度。

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

(1)淺層氮化:溫度:520℃;保溫時間:20 小時。

(2)深層氮化:溫度:520℃;保溫時間:40 小時。

2.3 實驗結論及討論

(1)基體硬度對滲氮層表面硬度的影響見表3。

從表3 上可以看出:隨著40Cr、45、38CrMoALA 鋼調質后基體硬度的提高，滲氮硬度提高，其中，對于淺層氮化，調質后的基體硬度對滲氮硬度影響顯著;而對于深層氮化，調質后的基體硬度對滲氮硬度影響較小。

(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，一方面會減少合金氮化物的形成數量，從而導致滲氮硬度的下降，另一方面材料基體中合金碳化物逐漸聚集長大，減小了碳化物的彌散度，從而降低了滲氮時對氮滲入的阻力，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:滲氮時間延長，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 結論

3.1 對于淺層氮化，40Cr、45、38CrMoAl 材料調質后的基體硬度對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題。

3.3 對于深層氮化，40Cr、45、38CrMoAl 材料調質后的基體硬度對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1100HV5。

3.4 延長滲氮時間，滲層加深，表面硬度提高，硬度梯度也趨于平緩。

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

［2］安正昆.鋼鐵熱處理［M］.北京:機械工業出版社，1985

［3］中國機械工業學會熱處理學會《熱處理手冊》編委會，熱處理手冊第2 卷

［4］機械工業部機床研究所，離子氮化指導材料，北京機械工業出版社1989