曲軸氣體滲氮后表面硬度偏低的挽救措施

武漢職業技術學院輕工學院 （湖北荊州 434000） 蘇以人

空壓機曲軸材料為38CrMoA1，技術要求：調質后硬度25～30HRC，滲氮后表面硬度≥68HRC，滲氮層深度0.45～0.6mm。熱處理工藝如圖1所示。生產中經常出現曲軸滲氮后表面硬度偏低，影響疲勞強度及耐磨性，按企業標準規定，這些曲軸為次品或廢品，從而造成很大的經濟損失。

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0.46～0.49mm，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。根據檢查結果認為存在兩種情況：一是由于第二階段滲氮時溫度偏高，使形成的彌散氮化物集聚長大；二是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與鋁、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、兩段滲氮、三段滲氮。無論哪種工藝原因造成的表面硬度偏低，均可根據三段滲氮原理，將這些曲軸視為已進行兩段滲氮后的產品，再進行一次第三階段滲氮，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.挽救工藝制訂

為了提高該批曲軸表面硬度，決定進行一次重復滲氮。在一定滲氮溫度下隨時間延長硬度會出現極值，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。38CrMoA1在500～520℃滲氮時可按10h滲層深度0.1mm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。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%為重復滲時的氮分解率。為防止曲軸重復滲氮時變形，選用350℃×1h保溫后緩慢升溫，以減小曲軸內外溫差。制訂重復滲氮工藝如圖2所示。

圖2 重復滲氮工藝

3.結語

該批曲軸處理后，表面硬度為69～71HRC，滲氮層深度為0.54～0.57mm，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。

（20121204）