13Cr4Mo4Ni4VA鋼復(fù)合硬化層的表征研究

江志華， 李春志， 張建國(guó)， 金建軍， 佟小軍， 王曉震

(1. 北京航空材料研究院，北京100095;2. 西北工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，西安710072)

復(fù)合化學(xué)熱處理工藝是近年來(lái)新興的先進(jìn)表層硬化工藝［1～4］，區(qū)別于傳統(tǒng)的單一滲碳、滲氮以及氮碳或碳氮共滲，主要表現(xiàn)為工藝過(guò)程復(fù)合性，即在滲碳硬化層的基礎(chǔ)上再進(jìn)行滲氮處理，從而表現(xiàn)出異于傳統(tǒng)表層硬化工藝的組織和結(jié)構(gòu)特性［5，6］，賦予構(gòu)件優(yōu)異的服役性能，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)多個(gè)鋼種對(duì)復(fù)合硬化工藝做了系統(tǒng)的研究和評(píng)估［1～3］，稱(chēng)其為“最具發(fā)展?jié)摿Φ谋砻婀こ碳夹g(shù)”之一。

13Cr4Mo4Ni4VA 鋼(M50NiL 鋼國(guó)內(nèi)牌號(hào))為二代軸承齒輪鋼［7］，該鋼的回火溫度高，具有良好的耐溫性能，為復(fù)合化學(xué)熱處理工藝的應(yīng)用提供了先決條件。本研究以13Cr4Mo4Ni4VA 鋼為載體在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行復(fù)合化學(xué)熱處理研究，得到了梯度化組織結(jié)構(gòu)、性能優(yōu)異的復(fù)合硬化層，并通過(guò)光學(xué)顯微鏡(OM)、X 射線(xiàn)衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、高分辨電鏡(HREM)、電子探針(EPMA)及顯微硬度測(cè)試等研究手段對(duì)復(fù)合硬化層的碳氮濃度分布、微觀組織結(jié)構(gòu)、硬度梯度、殘余應(yīng)力分布等進(jìn)行了表征研究，分析了復(fù)合硬化層組織及結(jié)構(gòu)特性對(duì)性能的影響機(jī)制。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料為13Cr4Mo4Ni4VA 鋼，采用了真空感應(yīng)熔煉(VIM)+真空自耗重熔(VAR)工藝進(jìn)行熔煉，以提高材料的純凈度，主要成分見(jiàn)表1。

13Cr4Mo4Ni4VA 鋼的復(fù)合化學(xué)熱處理過(guò)程復(fù)雜，主要包括的熱處理工藝有:真空滲碳，950℃，緩冷→真空退火→1100℃真空淬火→－73℃冷處理→520 ～550℃回火，三次→氮化，480 ～520℃氣體滲氮。

采用4%硝酸酒精溶……